第一篇：熱 學 教案

熱學

一、氣體實驗定律 教學目標

1．使學生明確理想氣體的狀態應由三個參量來決定，其中一個發生變化，至少還要有一個隨之變化，所以控制變量的方法是物理學研究問題的重要方法之一．

2．要求學生通過討論、分析，總結出決定氣體壓強的因素，重點掌握壓強的計算方法，使學生能夠靈活運用力學知識來解決熱學問題，使學生的知識得到遷移，為更好的解決力熱綜合題打下良好的基礎．

3．了解氣體實驗定律的實驗條件、過程，學會研究物理問題的重要方法——控制變量（單因素）法，明確氣體實驗定律表達式中各個字母的含義，引導學生抓住三個實驗定律的共性，使復習能夠事半功倍．

教學重點、難點分析

1．一定質量的某種理想氣體的狀態參量p、V、T確定后，氣體的狀態便確定了，在這里主要是氣體壓強的分析和計算是重點問題，在氣體實驗定律及運用氣態方程的解題過程中，多數的難點問題也是壓強的確定．所以要求學生結合本專題的例題和同步練習，分析總結出一般性的解題方法和思路，使學生明確：壓強的分析和計算，其實質仍是力學問題，還是需要運用隔離法，進行受力分析，利用力學規律（如平衡）列方程求解．

2．三個氣體實驗定律從實驗思想、內容到解題的方法、步驟上均有很多相似之處，復習時不要全面鋪開，沒有重點．應以玻-馬定律為重點內容，通過典型例題的分析，使學生學會抓共性，掌握一般的解題思路及方法，提高他們的科學素養．

教學過程設計 教師活動

一、氣體的狀態參量

一定質量m的某種（摩爾質量M一定）理想氣體可以用力學參量壓強（p）、幾何參量體積（V）和熱學參量溫度（T）來描述它所處的狀態，當p、V、T一定時，氣體的狀態是確定的，當氣體狀態發生變化時，至少有兩個參量要發生變化．

1．壓強（p）

我們學過計算固體壓強的公式p=F/S，計算液體由于自重產生的壓強用p=ρgh，那么（1）對密閉在容器中的一定質量的氣體的壓強能否用上述公式計算呢？（2）密閉氣體的壓強是如何產生的呢？和什么因素有關？（3）密閉氣體的壓強如何計算呢？通過下面的幾個例題來分析總結規律．

學生活動 回答問題：（1）不能．（2）是由于大量的氣體分子頻繁的碰撞器壁而形成的，和單位時間內、單位面積上的分子的碰撞次數有關，次數越多，產生的壓強越大，而碰撞次數多，需單位體積內的分子數多，所以和單位體積內的分子數有關；還和碰撞的強弱有關，氣體的溫度越高，分子熱運動越劇烈，對器壁的撞擊越強．

[例1]在一端封閉粗細均勻的豎直放置的U形管內，有密度為ρ的液體封閉著兩段氣柱A、B，大氣壓強為p0，各部分尺寸如圖2-1-1所示，求A、B氣體的壓強． 學生討論

例題1．讓學生在黑板上列出不同的解法，典型解法如下： 解法1：取液柱h1為研究對象．設管的橫截面積為S，h1受到向下的重力ρgSh1，A氣體向下的壓力pAS，大氣向上的壓力p0S，因為h1靜止，所以

pAS+ρgSh1=p0S pA=p0-ρgh1 再取液柱h2為研究對象，由帕斯卡定律，h2上端受到A氣體通過液體傳遞過來的向下的壓力pAS，B氣體向上的壓力pBS，液柱自身重力ρgSh2，由于液柱靜止，則

pAS+ρgSh2=pBS pB=p0-ρgh1+ρgh2 解法2：求pB時，由連通器的知識可知，同種液體在同一水平面上的壓強處處相等，取同一水平面CD，則

pA=pBS-ρgh2 pB=p0-ρgh1+ρgh2 在教師的引導下同學們總結：（1）氣體自重產生的壓強很小，一般忽略不計；（2）對密閉氣體，帕斯卡定律仍適用；（3）當整個系統處于靜止或勻速運動中時，氣體的壓強可以用力的平衡的方法求解，也可以運用連通器的原理，找等壓面的方法求解．

[例2]如圖2-1-2所示，一圓形氣缸靜置于水平地面上，氣缸質量為M，活塞質量為m，活塞面積為S，大氣壓強是p0．現將活塞緩慢上提，求氣缸剛離開地面時，氣缸內氣體的壓強（不計摩擦）．

此題涉及到活塞、氣缸、密閉氣體，以誰為研究對象呢？活塞緩慢移動的含義是什么？氣缸剛離開地面是什么意思？

對例題2學生討論大致有兩種觀點：

1．以活塞為研究對象，活塞受向上的外力F、自身的重力mg、大氣向下的壓力p0S、封閉氣體向上的壓力pS，因為活塞緩慢移動，所以可以認為活塞的每個態均為平衡態，則F+pS=mg+p0S（1）

F、p均是未知數，還需另立方程．

再以整體為研究對象，受向上的外力F、自身的重力（M+m）g、地面的支持力N．

系統是否受大氣的壓力呢？討論結果：受，但是因為整個系統上下左右均受到大氣的作用，所以分析受力時可不考慮．

系統靜止，所以F+N=（M+m）g 當氣缸剛離開地面時，N=0，F=（M+m）g

（2）將（2）代入（1）得p=p0-Mg/S 2．以氣缸為研究對象，氣缸受自身向下的重力Mg、封閉氣體向上的壓力pS、地面的支持力N、大氣對氣缸底部向上的壓力p0S．（學生對氣缸上面是否受大氣壓力產生疑問．經過討論學生認識到氣缸上方和它作用的是封閉氣體，大氣是作用在活塞上的．）氣缸靜止，則

Mg+pS=N+p0S 當氣缸剛離開地面時，N=0，得p=p0-Mg/S

[例3]如圖2-1-3所示，粗細均勻開口向上的直玻璃管內有一段長為h、密度為ρ的水銀柱，封閉了一段氣體，當整個裝置處于向下加速（加速度為a）的電梯中時，氣體的壓強是多少？若電梯向上加速呢？

通過上面的三個例題，請同學們歸納總結計算氣體壓強的一般思路和方法．

學生解答例題3：以水銀柱為研究對象，受重力ρgSh、大氣向下的壓力p0S、氣體向上的壓力pS，因為系統向下加速，由牛頓第二定律，ρgSh+p0S-pS=ρSha p=p0+ρ（g-a）h 討論：若a=g，即系統做自由落體運動時（完全失重），p=p0 同理，向下加速時，p=p0+ρ（g+a）h 學生歸納一般解題思路：

1．確定研究對象：活塞、氣缸、液柱等． 2．進行正確的受力分析．

3．根據規律列方程，例如平衡條件、牛頓定律等． 4．解方程并對結果進行必要的討論． 2．體積（V）：氣體分子所能充滿的空間，若被裝入容器則氣體的體積=容器的容積． 3．溫度（T）：

溫標：一般有攝氏溫標和熱力學溫標，它們的關系是什么？ T=t+273，-273℃=OK，△T=△t

二、氣體的實驗定律 提問：（1）氣體的三個實驗定律成立的條件是什么？（2）主要的實驗思想是什么？

很好，我們要會用文字、公式、圖線三種方式表述出氣體實驗定律，更要注意定律成立的條件．（1）一定質量的氣體，壓強不太大，溫度不太高時．

（2）控制變量的方法．對一定質量的某種氣體，其狀態由p、V、T三個參量來決定，如果控制T不變，研究p-V間的關系，即得到玻-馬定律；如果控制V不變，研究p-T間的關系，即得到查理定律；如果控制p不變，研究V-T間的關系，即得到蓋·呂薩克定律．

1．等溫過程——玻-馬定律（1）內容：

（2）表達式： p1V1=p2V2（3）圖像

玻-馬定律的內容是：一定質量的某種氣體，在溫度不變時，壓強和體積的乘積是恒量． 討論：上面的p-V圖中，A、B表示一定質量的某種氣體的兩條等溫線，則TA ＜），試說明理由．

TA TB

TB（填＞、=、說明原因的過程中，學生討論后漸趨明朗．有學生回答：從分子動理論的角度來說，氣體的壓強是大量氣體分子頻繁碰撞器壁的結果，單位體積內的分子數越多、分子運動的平均速率越大，壓強就越大．在p-V圖像的兩條等溫線上，取體積相同的兩點C、D，因為是一定質量的氣體，所以單位體積內的分子數相同；又從圖像上可知，pC＜PD，所以TD＞TC，則TB＞TA．

小結：一定質量的某種氣體的p-V圖像上的等溫線越向右上方，溫度越高，即pV的乘積越大．

[例4]1m長的粗細均勻的直玻璃管一端封閉，把它開口向下豎直插入水中，管的一半露在水面外，大氣壓為76cmHg，求水進入管中的高度．

引導學生討論：

（1）此過程可視為等溫過程，應用玻-馬定律，那么如何確定一定質量的氣體呢？（2）研究對象的初末態如何確定？

（3）管插入水中一半時，管內水面的高度應是圖2-1-5中a、b、c的哪個位置？為什么． 解答：設玻璃管的橫截面積為S．

初態：玻璃管口和水面接觸但還沒有插入之時，此后管內氣體為一定質量的氣體．p1=p0，V1=1S．

末態：管插入水中一半時，如圖2-1-5所示，位置c是合理的．因為管插入水中，溫度一定，氣體體積減小，壓強增大，只有pc＞p0，所以c位置合理．設進入管內的水柱的高度是x，則

p2=p0+ρg（0.5-x），V2=（1-x）S，根據玻-馬定律：p1V1=p2V2，所以 p0×1S=[p0+ρg（0.5-x）]×（1-x）S，得x=0.05m [例5]一根長度為1m，一端封閉的內徑均勻的細直玻璃管，管內用20cm長的水銀柱封住一部分空氣．當管口向上豎直放置時，被封住的空氣柱長49cm．問緩慢將玻璃旋轉，當管口向下倒置時，被封住的空氣柱長度是多少？假設p0=76cmHg，氣體溫度不變．

對例題5大多數學生做出如下解答： p1=p0+h=76+20=96（cmHg）V1=49S p2=p0-h=76-20=56（cmHg）V2=HS p1V1=p2V2 所以H=84（cm）

解答到此，有部分同學意識到此時空氣柱加水銀柱的長度H+h=84+20=104（cm）已大于玻璃管的長度1m了，說明水銀早已經溢出！

所以，管倒置后，p2=p0-h′

V2=HS，H+h′=L 所以h=18.5（cm），H=81.5（cm）[例6]內徑均勻的U形管中裝入水銀，兩管中水銀面與管口的距離均為l=10cm，大氣壓強p0=75.8cmHg時，將右管口密封，如圖2-1-6所示，然后從左側管口處將一活塞緩慢向下推入管中，直到左右兩側水銀面高度差h=6cm時為止．求活塞在管內移動的距離．

提問：

（1）緩慢向下推是什么意思？

（2）本題中有左右兩部分定質量的氣體，能分別寫出它們初、末態的狀態參量嗎？（3）兩部分氣體間有什么聯系？畫出示意圖．

解答：緩慢壓縮的含義是整個過程中系統保持溫度不變，且水銀柱處于平衡態．設管的橫截面積為S，則： 左管氣體：

初態：pA0=p0，VA0=lS=10S 末態：pA=？，VA=？ 右管氣體：

初態；pB0=p0，VB0=lS=10S 末態：pB=？，VB=？

畫出變化前后的示意圖，如圖2-1-7所示：

一般認為液體不易壓縮，U形管中，左管液面下降△l，右管液面必上升△l，則兩管液面的高度差為2△l，在本題中2△l=h．從上面的示意圖中可知：

pA=pB+h，VA=（l-x+h/2）S VB=（l-h/2）

分別對左右管內的氣體應用玻馬定律，代入數據，得： x=6.4cm 2．等容過程——查理定律（1）內容：

提問：法國科學家查理通過實驗研究，發現的定律的表述內容是什么？把查理定律“外推”到零壓強而引入熱力學溫標后，查理定律的表述內容又是什么？

內容：一定質量的氣體，在體積不變的情況下，溫度每升高（或降低）1℃，增加（或減少）的壓強等于它0℃時壓強的1/273．一定質量的氣體，在體積不變的情況下，它的壓強和熱力學溫標成正比．

3．等壓變化——蓋·呂薩克定律（1）內容：（2）表達式：

內容：一定質量的氣體，在壓強不變的情況下，它的體積和熱力學溫標成正比．

[例7]一個質量不計的活塞將一定量的理想氣體封閉在上端開口的直立筒形氣缸內，活塞上堆放著鐵砂，如圖2-1-8所示．最初活塞擱置在氣缸內壁的卡環上，氣柱的高度H0，壓強等于大氣壓強p0．現對氣體緩慢加熱，當氣體溫度升高了△T=60K時，活塞（及鐵砂）開始離開卡環而上升．繼續加熱，直到氣柱高度H1=1.5H0．此后在維持溫度不變的條件下逐漸取走鐵砂，直到鐵砂被全部取走時，氣柱高度變為H2=1.8H0．求此時氣體的溫度（不計氣缸和活塞間的摩擦）．

分析：以封閉在氣缸內的一定質量的理想氣體為研究對象，（1）從最初活塞擱置在氣缸內壁的卡環上，到當氣體溫度升高了△T=60K時，活塞（及鐵砂）開始離開卡環這一過程氣體的哪個狀態參量沒有發生變化？（2）從當氣體溫度升高了△T=60K時，活塞（及鐵砂）開始離開卡環而上升，直到氣柱高度H1=1.5H0．這一過程氣體的哪個狀態參量沒有發生變化？（3）此后的過程氣體的哪個狀態參量沒有發生變化？回答完上面的三個問題后，相信同學們能夠自己解答出此題了．

學生回答提問：

（1）體積不變，所以此過程為等容變化．（2）壓強不變，所以此過程為等壓變化．

（3）溫度不變，所以此過程為等溫變化．學生的兩種解法：

解法一：以封閉在氣缸內的一定質量的理想氣體為研究對象，設最初活塞擱置在氣缸內壁的卡環上時，氣體的溫度為T0，氣體的壓強為p0，體積為V0=H0S，則活塞（及鐵砂）開始離開卡環時的溫度T1=T0+△T，氣體的壓強為p1，體積為V1，因為等容變化，V1=V0，根據查理定律，設氣柱高度為H1時，氣體溫度為T2，體積為V2=H1S，壓強為p2，因為是等壓變化，p2=p1，根據蓋·呂薩克定律，設氣柱高度為H2時，氣體溫度為T3，體積為V3=H2S，壓強為p3，因為鐵砂全部取走時p3=p0，又因為是等溫變化，T3=T2，根據玻-馬定律，p3V3=p2V2，p0H0=p1H（3）由（1）、（3）兩式解得：

由（2）、（4）兩式解得：

由（5）、（6）兩式解得：

解法二：以封閉在氣缸內的一定質量的理想氣體為研究對象，設最S初活塞擱置在氣缸內壁的卡環上時，氣體的溫度為T0，則活塞（及鐵砂）開始離開卡環時的溫度為T0+△T，設氣柱高度為H1時，氣體溫度為T1，氣柱高度為H2時，氣體溫度為T2，由等壓過程得

由初態和末態的壓強相等，得

由（1）、（2）兩式解得：

說明：氣缸內的封閉氣體先后經歷了四個狀態、三個過程．可以建立如下圖景：

利用上述圖景，可以使復雜的過程清晰展現，所以分析物理圖景是解題非常關鍵的步驟． 同步練習

一、選擇題

1．對于一定質量的理想氣體，下列說法中正確的是

[

] A．如果體積V減小，氣體分子在單位時間內作用于器壁單位面積的總沖量一定增大 B．如果壓強p增大，氣體分子在單位時間內作用于器壁單位面積的總沖量一定增大 C．如果溫度T不變，氣體分子在單位時間內作用于器壁單位面積的總沖量一定不變 D．如果密度不變，氣體分子在單位時間內作用于器壁單位面積的總沖量一定不變

2．如圖2-1-9所示，U形管封閉端內有一部分氣體被水銀封住，已知大氣壓為p0，則被封閉的氣體的壓強p（以汞柱為單位）為

[

] A．p0+hB．p0-h1 C．p0-（h1+h2）

D．p0+h2-h1

3．如圖2-1-10所示，密封U形管內裝有水銀，左右兩管都有空氣，兩水銀面的高度差為h，把U形管豎直浸沒在熱水中，高度差h將

[

] A．增大 B．減小 C．不變 D．兩側空氣柱的長度未知，不能判斷

二、非選擇題

4．如圖2-1-11所示，一根橫截面積是S=1cm2的直管，兩端開口，豎直插入水銀槽中．有兩個質量都是m=20g的活塞A、B，在管中封閉兩段長都是L=10cm的理想氣體．開始時A、B都處于靜止狀態．不計管壁對A、B的摩擦．現在用力F豎直向上緩慢拉動活塞A，當F=4.2N時，A、B再次靜止．設整個過程中環境溫度不變，g=10m/s，外界大氣壓p0=1.0×105Pa，合73.5cmHg，水銀密度ρ=13.6×103kg/m3，求在此過程中：

（1）活塞A上升的距離；

（2）有多高的水銀柱進入管內．

5．用圖2-1-12所示的容積計測量某種礦物的密度，測量數據和步驟如下：

（1）打開閥門K，使管A、容器C、B和大氣相通，上下移動D使水銀面在n處；

（2）關閉K，向上舉D使水銀面達到m處，這時B、D兩管內水銀面高度差h1=12.5cm；（3）打開K，把400g礦物投入C，使水銀面對齊n，然后關閉K；

（4）往上舉D，使水銀面重新到達m處，這時B、D兩管內水銀面高度差h2=23.7cm，m處以上容器C和管A（不包括B）的總體積是1000cm3．求礦物的密度．

6．如圖2-1-13所示的實驗裝置，研究體積不變時的氣體壓強與溫度的關系，當時大氣壓為H（cm）汞柱．封有一定質量氣體的燒瓶，浸在冰水混合物中，U形壓強計可動管A和固定管B中的水銀面剛好相平．將燒瓶浸入溫度為t℃的熱水中時B管的水銀面將____，這時應將A管____，（以上兩空填“上升”或“下降”）使B管中水銀面____．記下此時A、B兩管中水銀面的高度差為h（cm），此狀態下瓶中氣體的壓強為____．

參考答案 1．B

2．B

3．A

4．（1）44.6cm（2）30.8cm

5．846.5kg/m3

6．下降 上升 回到原來位置（H+h）cmHg

第二篇：熱學小實驗教案

熱學小實驗

實驗一：瓶內吹氣球

思考：瓶內吹起的氣球，為什么松開氣球口，氣球不會變?。?/p>

材料：大口玻璃瓶，吸管兩根：紅色和綠色、氣球一個、氣筒

操作：

1、用改錐事先在瓶蓋上打兩個孔，在孔上插上兩根吸管：紅色和綠色

2、在紅色的吸管上扎上一個氣球

3、將瓶蓋蓋在瓶口上

4、用氣筒打紅吸管處將氣球打大

5、將紅色吸管放開氣球立刻變小

6、用氣筒再打紅吸管處將氣球打大

7、迅速捏緊紅吸管和綠吸管兩個管口

8、放開紅色吸管口，氣球沒有變小

講解：當紅色吸管松開時，由于氣球的橡皮膜收縮，氣球也開始收縮。可是氣球體積縮小后，瓶內其他部分的空氣體積就擴大了，而綠管是封閉的，結果瓶內空氣壓力要降低——甚至低于氣球內的壓力，這時氣球不會再繼續縮小了。

實驗二：能抓住氣球的杯子

思考：你會用一個小杯子輕輕倒扣在氣球球面上，然后把氣球吸起來嗎？

材料：氣球1～2個、塑料杯1～2個、暖水瓶1個、熱水少許

流程：

1、對氣球吹氣并且綁好

2、將熱水（約70℃）倒入杯中約多半杯

3、熱水在杯中停留20秒后，把水倒出來

4、立即將杯口緊密地倒扣在氣球上

5、輕輕把杯子連同氣球一塊提起

說明：

1、杯子直接倒扣在氣球上，是無法把氣球吸起來的。

2、用熱水處理過的杯子，因為杯子內的空氣漸漸冷卻，壓力變小，因此可以把氣球吸起來。

延伸：

小朋友，請你想一想還有什么辦法可以把氣球吸起來？

實驗三：會吸水的杯子

思考：用玻璃杯罩住燃燒中的蠟燭，燭火熄滅后，杯子內有什么變化呢？

材料：玻璃杯（比蠟燭高）1個、蠟燭1支、平底盤子1個、打火機1個、水若干

操作：

1.點燃蠟燭，在盤子中央滴幾滴蠟油，以便固定蠟燭。

2.在盤子中注入約1厘米高的水。

3.用玻璃杯倒扣在蠟燭上

4.觀察蠟燭燃燒情形以及盤子里水位的變化

講解：

1.玻璃杯里的空氣（氧氣）被消耗光后，燭火就熄滅了。

2.燭火熄滅后，杯子里的水位會漸漸上升。

創造：

你能用排空的容器自動收集其它溶液嗎？

實驗四：會吃雞蛋的瓶子

思考：為什么，雞蛋能從比自己小的瓶子口進去？

材料：熟雞蛋1個、細口瓶1個、紙片若干、火柴1盒

操作：

1、熟蛋剝去蛋殼。

2、將紙片撕成長條狀。

3、將紙條點燃后仍到瓶子中。

4、等火一熄，立刻把雞蛋扣到瓶口，并立即將手移開。

講解：

1、紙片剛燒過時，瓶子是熱熱的。

2、雞蛋扣在瓶口后，瓶子內的溫度漸漸降低，瓶內的壓力變小，瓶子外的壓力大，就會把雞蛋擠壓到瓶子內。

創造：當瓶子中氣體的壓力大于瓶子外面的壓力時，瓶子會發生什么變化？

實驗五：瓶子癟了

思考：你能不用手，把塑料瓶子弄癟嗎？

材料：水杯2個、溫開水1杯、礦泉水瓶1個

操作：

1.將溫開水到入瓶子，用手摸摸瓶子，是否感覺到熱。

2.把瓶子中的溫開水再倒出來，并迅速蓋緊瓶子蓋。

3.觀察瓶子慢慢的癟了。

講解：

1.加熱瓶子里的空氣，使它壓力降低。

2.由于瓶子外的空氣比瓶子內的空氣壓力大，所以把瓶子壓癟了。

創造：

如果瓶子里氣體的壓力比瓶子外空氣的壓力大，瓶子會變成生么樣子？

第三篇：《熱學章末復習總結》教案

熱學章末復習總結

信豐縣第六中學

曾華彬

熱學中的三種動能關系

一、物體內部分子力做功和分子勢能的關系

1．功能關系：當物體內部分子力做正功時，分子勢能減少；反之，當分子力做負功時，分子勢能增加．

2．本質：這是物體內部分子間的相互作用力和分子間的相對位置所決定的功能關系． 3．實際氣體需要考慮分子力和相應的功能關系，而理想氣體則忽略分子力，把分子勢能當做常量零來處理．

【例1】(2008年全國卷Ⅱ)對一定量的氣體，下列說法正確的是（）A．氣體的體積是所有氣體分子的體積之和

B．氣體分子的熱運動越劇烈，氣體溫度就越高

C．氣體對器壁的壓強是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產生的

D．當氣體膨脹時，氣體分子之間的勢能減小，因而氣體的內能減少

解析：選項D考查了兩個知識點：(1)氣體膨脹時分子力做負功，分子勢能增加，但分子力做功不影響內能，它只是實現了分子勢能和分子熱運動動能間的轉化．(2)改變內能有兩種方式，即外界對物體做功和熱傳遞，要綜合考慮．因此，改變內能的功并不是物體內部分子力做的功，而是外界對氣體做的功，在第二大問題中我們要具體區分這兩種功．答案選BC.答案：BC 【例2】 如圖1所示，甲分子固定在坐標原點O，乙分子位于x軸上，甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關系如圖中曲線所示．F>0時為斥力，F<0時為引力，a、b、c、d為x軸上四個特定的位置．現把乙分子從a處由靜止釋放，則（）A．乙分子由a到b做加速運動，由b到c做減速運動 B．乙分子由a到c做加速運動，到達c時速度最大

C．乙分子由a到b的過程中，兩分子間的分子勢能一直減少 D.乙分子由b到d的過程中，兩分子間的分子勢能一直增加

解析：本題直接考查了分子力做功和分子勢能的關系，它與重力做功和重力勢能的關系非常類似．當考慮分子間的力時為實際氣體；反之，為理想氣體．答案選BC.答案：BC 綜上可見，物體內部分子力做功和分子勢能的關系近幾年反復考查，希望引起考生關注．

二、外界對系統(氣體)做功和物體內能改變的關系

1．功能關系：氣體膨脹時，如果沒有熱傳遞且氣體對外界做正功，則氣體內能減少；反之，氣體內能增加．

2．本質：這是把氣體當做整體研究時氣體和外界間的相互作用所決定的功能關系．

3．物體內部分子力做功和外界對系統(氣體)做功的區別：物體內部分子力做功只是實現了分子勢能和分子熱運動動能間的轉化，而這兩種都屬于內能，故分子力做功不影響內能的變化．外界對系統(氣體)做功是改變物體內能的兩種方式之一，二者的適用范疇不同． 4．氣體對外做功的兩個要素：力和位移．(1)氣體邊界線固定，有力無位移，不做功．(2)自由膨脹時，有位移無力，不做功．

5．自由膨脹和緩慢膨脹的區別：當氣體向真空容器膨脹時，由于無其他氣體分子阻礙，故雖有位移但卻無力，氣體對外不做功．同時由于常溫下分子運動較快，故膨脹過程瞬間完成，我們把這種膨脹叫自由膨脹．緩慢膨脹意味著氣體膨脹過程受到外界阻礙，故氣體膨脹的過程中一定對外界做功．緩慢膨脹意味著對外做功這一隱含條件是近幾年高考的熱點，也是學生答題的難點．

6．外界：和所研究氣體邊界接觸的外界可以是容器的器壁、活塞或其他氣體． 【例3】(2008年重慶卷)地面附近有一正在上升的空氣團，它與外界的熱交換忽略不計．已知大氣壓強隨高度增加而降低，則該氣團在此上升過程中(不計氣團內分子間的勢能)（）A．體積減小，溫度降低

B．體積減小，溫度不變 C．體積增大，溫度降低 D．體積增大，溫度不變

解析：本題考查了三個方面的內容：(1)氣體絕熱時內能的變化只取決于外界是否對氣體做功或氣體是否對外界做功．本題氣體膨脹且有壓強，故氣體對外界有力的作用且力的 方向上有位移，氣體對外做正功，內能減少．(2)本題括號內注明不計氣團內分子間的勢能，即不考慮分子力做功，把氣體當成理想氣體，故內能減少，溫度降低．(3)對兩種功概念的理解也是本題的考查內容之一．本題選C.答案：C 【例4】 如圖2所示，兩個相通的容器P、Q間裝有閥門K，P中充滿氣體，Q內為真空，整個系統與外界沒有熱交換．打開閥門K后，P中的氣體進入Q中，最終達到平衡，則（）A．氣體體積膨脹，內能增加 B．氣體分子勢能減少，內能增加

C．氣體分子勢能增加，壓強可能不變

D．Q中氣體不可能自發地全部退回到P中

解析：考查了自由膨脹問題，由于氣體對外不做功，且系統與外界無熱交換，故內能不變．這種類型的題目是高考的熱點，考生要重點掌握．本題選D.答案：D

三、廣義的功能關系

熱學部分經?？疾楦鞣N功能關系的綜合運用，即更普遍意義上的能的轉化和守恒定律．處理該類題目的關鍵是抓住增加的總能量和減少的總能量相等這個規律．

【例5】 如圖3所示，A、B兩裝置均由一支一端封閉、一端開口且帶有玻璃泡的管狀容器和水銀槽組成，除玻璃泡在管上的位置不同外，其他條件都相同．將兩管抽成真空后，開口向下豎直插入水銀槽中(插入過程沒有空氣進入管內)，水銀柱上升至圖示位置停止．假設這一過程水銀與外界沒有熱交換，則下列說法正確的是（）A．A中水銀的內能增量大于B中水銀的內能增量 B．B中水銀的內能增量大于A中水銀的內能增量 C．A和B中水銀體積保持不變，故內能增量相同

D．A和B中水銀溫度始終相同，故內能增量相同

解析：本題中大氣壓力對兩系統做功一樣多，所做的功全部轉化為A、B系統中增加的重力勢能和內能．由于A中水銀的重心高，重力勢能增加的多，故A中水銀的內能增量小于B中水銀的內能增量．答案選B.本題考查了內能和重力勢能的轉化問題． 答案：B

第四篇：初中熱學能量淺析

初中熱學能量淺析

摘要：初中階段溫度、內能、熱能和熱量是相互之間既有聯系，又有區別的物理量，學生往往對這些概念混淆不清，本文通過相互比較，討論它們之間的區別和聯系。在文章中，著重對溫度與熱量、熱能與內能、溫度與熱能、溫度與內能、熱量與內能（熱能）四組量之間進行了闡述。

關鍵詞：溫度、內能、熱能、熱量

Abstract :Temperature、inner energy、heat energy and quantity of heat are physics measure ,there are not only relation but also differences among them ,The students often confuse these concepts ,so through this text , We can compare these physics measures , discuss the relations and distinguish.In the text, we emphasis on four groups they are temperature and heat energy;heat energy and inner energy;temperature and the quality of heat.Key words：temperature、inner energy、heat energy、quantity of heat

溫度、內能和熱量是三個既有區別，又有聯系的物理量。溫度是表示物體冷熱程度的物理量，從分子運動論的觀點來看，物體的溫度越高，分子無規則運動的速度就越大，因此可以說溫度是分子熱運動劇烈程度的一個標志。內能是一種形式的能，它是物體內所有分子無規則運動所具有的動能和分子勢能的總和。它跟溫度是不同的兩個概念。但又有密切的聯系，如果物體的溫度升高，它的內能就增大，溫度降低，內能就減小。在熱傳遞過程中，傳遞能的多少叫做熱量。在熱傳遞的過程中，熱量從高溫物體或部分傳向低溫物體或部分，高溫物體或部分放出了多少焦耳的熱量，它的內能就減少多少焦耳；而低溫物體或部分吸收了多少焦耳的熱量，它們內能就增加了多少焦耳。

熱學是中學物理的一個重要內容，學生往往對溫度、內能、熱能和熱量等概念混淆不清。溫度、內能、熱能和熱量是相互之間既有聯系，又有區別的物理量，為了把這些概念區別開來，下面通過相互比較，探討它們之間的區別和聯系。

一.溫度與熱量

溫度和熱量是兩個實質不同的物理量，它們之間是有一定的聯系的。在不發生物態變化時，物體吸收了熱量，它的內能增加，溫度升高；物體放出了熱量，它的內能減少，溫度降低。從定義看，溫度是指一個物體在某一時刻的冷熱程度，它是一個表示熱運動狀態的物理量；熱量是指幾個物體(或物體的幾部分之間)在某一段時間內進行的熱傳遞過程中，每個物體吸收或放出熱的多少，它是一個反映熱運動過程的物理量。由此可以看出溫度與熱量有以下三方面的區別：①相關物體是一個還是幾個；②相關時間是某一時刻還是某一段時間；③反映一個狀態還是一個過程。

這兩個概念的聯系有兩個方面：第一，不同物體之間或同一物體的不同部分之間，只有存在溫度差，才能發生熱量的傳遞，即存在溫度差是傳遞熱量前提條件，沒有溫度差就談不上熱量。第二，就一個物體而言，由熱量的計算公式Q吸=cm(t-t0)、Q放=cm(t0-t)可知，當物體吸收或放出熱量時，溫度一般升高或降低；物體吸收或放出熱量時，溫度一般升高或降低。這里用“一般”二字，是考慮到以下情況：①當發生物態變化(如熔化和凝固)時，物體吸收或放出熱量，但溫度不變。②當物體溫度升高或降低時，也可能沒有吸熱或放熱。例如絕熱膨脹時，系統對外做功，溫度降低，雖溫度發生了變化，但并沒有熱量放出。再如摩擦生熱，物體溫度升高，但并未從其他物體吸收熱量。所有的做功情況，包括對物體做功和物體對外做功，雖然發生了溫度的變化，但并沒有熱量的變化?？梢?，熱傳遞與溫度的變化之間并不存在必然的聯系，這也說明了溫度與熱量是兩個不同的物理量。

二.熱能與內能

在工程技術上和某些物理書中，或者是我們平時的初中階段講課過程中曾把內能和熱能看成一回事，說物體的內能就是熱能。這種觀點其實是不恰當的。從分子運動論觀點看，熱能的本質是物體內部所有分子無規則運動的動能之和，而內能除包括物體內部所有分子無規則運動的動能之外，還包括分子間勢能的總和，以及組成分子的原子內部的能量、原子核內部的能量、物體內部空間的電磁輻射能等。所以，熱能、化學能、原子能、電磁輻射能等都屬于內能的范疇。但在一般熱現象中，不涉及分子結構和原子核的變化，并且無電磁場相互作用，化學能、原子能以及電磁輻射能都為常數。因為人們通常研究的是能量之差，所以，這幾種內能通常不考慮。因此，內能通常是指物體內部分子無規則運動的動能與分子間勢能的總和。可見，熱能只是內能中的一部分，把熱能與內能等同起來其實是錯誤的。

三.溫度與熱能

如前所述，熱能是物體內部所有分子無規則運動的動能之和，而溫度的微觀實質乃是物體內部大量無規則運動分子的集體表現，它標志著物體內分子無規則運動的劇烈程度?？梢?，溫度與熱能之間有著密切的關系：物體的溫度越高，它內部分子無規則運動的動能越大，因而物體的熱能就越大。

根據氣體分子運動論，分子的平均動能為：

ε=3KT/2

式中K為玻爾茲曼常數，T為熱力學溫度。這一關系式揭示了宏觀量熱力學溫度T與微觀分子平均動能的平均值ε之間的聯系，它表明溫度是大量分子平均動能的量度。必須指出，唯一可確定物體溫度的是其內部分子的平均平動動能，而不是平均動能。分子的平均動能等于分子各種運動（平動、轉動、振動）動能之和的平均值，其值為：

ε=iKT/2

式中i為各種運動自由度數，包括分子的平動自由度t、轉動自由度r、振動自由度s，即

i=t+r+s 對于單原子、雙原子分子，平動自由度都等于3，但轉動自由度和振動自由度隨分子的不同而不同。

總之，盡管物體熱能的變化與溫度的變化是聯系在一起的，但熱能本身跟溫度之間并沒有一個精確的對應關系。

四.溫度與內能

在歷史上，焦耳曾通過實驗證明，理想氣體的內能只是溫度的函數。根據分子運動論，對于理想氣體，由于不考慮分子間的相互作用力，故其內能就是構成氣體的所有分子無規則運動的動能（包括分子內原子的振動動能）之和?？梢宰C明，質量為M的理想氣體的內能為

U=M(t+r+2s)RT／2μ 式中M為氣體的摩爾質量，R為普適氣體常數。此式說明一定量理想氣體的內能只是溫度的函數。對于實際氣體，由于分子間具有相互作用力，在一定溫度下，這種相互作用與分子間的距離有關，當氣體體積變化時，分子間的平均距離發生變化，從而使分子間的相互作用勢能變化?？梢姡瑢嶋H氣體的內能是氣體溫度和體積的函數。所以，一般說來，內能不只取決于物體的溫度，而且依賴于分子間相互作用的情況，即還與體積有關。尤其是在變化時，分子勢能的影響更為顯著。例如，晶體在熔化過程中溫度不變，但其內能增加，這種變化正是分子間勢能增加的結果。

這也就是說：①物體溫度的變化一定會引起內能的變化。②物體溫度不變，其內能可能改變（物體內能增加或減小，不一定引起溫度變化）。

五.熱量與內能（或熱能）

溫度不同的兩個物體相互接觸，由于分子熱運動和分子間的碰撞，使能量從高溫物體轉移到低溫物體，或者從同一物體的高溫部分轉移到低溫部分，這樣的過程叫做熱傳遞。熱傳遞的結果，高溫物體的內能（或熱能）減少，低溫物體的內能（或熱能）增多。這樣單純由于熱傳遞所引起的內能（或熱能）的變化，可以用熱量來量度。因此，熱量是物體在狀態變化過程中所轉移的能量，用以衡量在該過程中物體內能或熱能的變化。但是熱量并不就是系統的內能（或熱能）。因為內能或熱能是系統狀態的單值函數，如果系統的狀態不發生變化，它只具有一定的內能（或熱能），根本談不上傳遞熱量。只有在狀態變化過程中熱量才有意義，所以熱量是過程量，而不是態函數。也就是說，就某一狀態的物體而言，我們可以說它含有多少內能或熱能，而不能說它含有多少熱量，說它含有多少熱量是沒有意義的。雖然熱量和內能（或熱能）的含義不同，但是它們之間密切相關。例如，在熱傳遞過程中，高溫物體的溫度降低，放出熱量，內能（或熱能）減少，低溫物體的溫度升高，吸收熱量，內能（或熱能）增加。當然，這只有物體在熱傳遞過程中不發生物態變化的前提下才是正確的。

對于初中熱學，教師在講授的過程中，一定要注意我所提到得內容，雖然教材對這些內容雖沒有過多的描述，但做為初中教師適當的了解還是非常必要的。希望能夠給大家帶來收獲。

參考文獻：

①張三慧、沈慧君《大學物理學·熱學》清華大學出版社，1991年2月

②張德啟《中學物理教學法補充教材》石油出版社，1994年6月

③汪志誠《熱力學·統計物理》高等教育出版社，1998年1月

第五篇：專題：熱學計算題

專題：熱學計算題

1、用燃氣灶燒水．燃燒0.5kg的煤氣．使50kg的水從20℃升高到70℃．已知煤氣的熱值為4．2×10J／kg．求：（1）0．5kg煤氣完全燃燒放出的熱量．（2）水吸收的熱量．（3）燃氣灶燒水的效率．

2、小星家太陽能熱水器，水箱容積200L．小星進行了一次觀察：早上，他用溫度計測得自來水的溫度為20℃，然后給熱水器水箱送滿水，中午時“溫度傳感器”顯示水箱中的水溫為45℃．請你求解下列問題：（1）水箱中水的質量；水吸收的熱量（2）如果水吸收的這些熱量，由燃燒煤氣來提供，而煤氣灶的效

7率為40％，求至少需要燃燒多少煤氣（熱值為q=4.2×10J／kg）(3)燃氣灶燒水的效率．

73、小彤家使用的是瓶裝液化氣，每瓶中裝入的液化氣質量為21kg。液化氣的熱值取5×10J／kg． 求：（1）5kg的液化氣完全燃燒，釋放的熱量是多少？（2）若整瓶液化氣完全燃燒釋放熱量的60％被利用，那么散失的熱量是多少？（3）小彤想節約能源、降低能耗，若將上述散失的熱量全部利用起來，可以把多少溫度為20℃的水加熱到100℃？

224、如圖是太陽能熱水器受光面積1．2m，內裝80kg水，太陽每分鐘輻射到1m面積上的熱量是7．56×410J。問：(1)太陽能熱水器內壁為什么涂成黑色?(2)熱水器中20℃的水曬3h后水溫達多少度?

7(3)若煤氣灶的效率為40％，煤氣的熱值是4．2×10J／kg，燒熱這些水需燃燒多少煤氣?

5、隨著國民經濟的發展，汽車已走進家庭。一輛小轎車以某一速度在平直路面上勻速行駛100km，消耗

7汽油10L。若這些汽油完全燃燒放出的熱量有30%用來驅動汽車做有用功，所用汽油的熱值為4.6×10

33J/kg，密度為0.7×10kg/m，求：(1)這些汽油完全燃燒放出的熱量；(2)這輛轎車以該速度勻速行駛時受到的阻力。

6、某輛小轎車油箱內裝有32kg汽油，司機小李駕車沿高速公路到某地旅游，路程為300km．假設轎車是勻速行駛，且受到的阻力為920N．已知汽油完全燃燒產生的內能有30%轉化為機械能，汽油的熱值為4.67×10J/kg．求：（1）汽車到達目的地牽引力所做的功；（2）通過計算說明汽車在行駛途中是否需要加油

7、圖21為汽油機做功沖程的示意圖。若某型號單缸四沖程汽油機的活塞直徑為60mm（面積近似取S＝－363.0×10m2），活塞沖程長度為L＝0.06m，某種工作狀態下做功沖程燃氣的平均壓強為p＝1.0×10Pa，活塞以n＝1380次/分鐘作往復運動，汽油機往復運動兩次，對外做功一次。（1）汽油機在此工作狀態下的功率是多少？

（2）如果此工作狀態下每分鐘消耗20g汽油，那么汽油機把內能轉化為機械能的效率是多少？（q汽7＝4.6×10J/kg、不計摩擦）