高考物理专题13 热 学.docx

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高考物理专题13热学

1．（2017·新课标全国Ⅰ·33）

（1）下列说法正确的是________．

A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体

B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质

C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体

D．在合适的条件下，某些晶体可以转化为非晶体，某些非晶体也可以转化为晶体

E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变

（2）如图1所示，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞．已知大活塞的质量为m1＝2.50kg，横截面积为S1＝80.0cm2；小活塞的质量为m2＝1.50kg，横截面积为S2＝40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距为l＝40.0cm；汽缸外大气的压强为p＝1.00×105Pa，温度为T＝303K．初始时大活塞与大圆筒底部相距

，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495K．现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞图1

与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10m/s2.求：

①在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度；

②缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强．

2．（2017·新课标全国Ⅱ·33）

（1）关于扩散现象，下列说法正确的是________．

A．温度越高，扩散进行得越快

B．扩散现象是不同物质间的一种化学反应

C．扩散现象是由物质分子无规则运动产生的

D．扩散现象在气体、液体和固体中都能发生

E．液体中的扩散现象是由于液体的对流形成的

（2）如图2所示，一粗细均匀的U形管竖直放置，A侧上端封闭，B侧上端与大气相通，下端开口处开关K关闭；A侧空气柱的长度为l＝10.0cm，B侧水银面比A侧的高h＝3.0cm.现将开关K打开，从U形管中放出部分水银，当两侧水银面的高度差为h1＝10.0cm时将开关K关闭．已知大气压强p0＝75.0cmHg.

①求放出部分水银后A侧空气柱的长度；图2

②此后再向B侧注入水银，使A、B两侧的水银面达到同一高度，求注入的水银在管内的长度．

3．（2017·海南单科·15）

（1）已知地球大气层的厚度h远小于地球半径R，空气平均摩尔质量为M，阿伏加德罗常数为NA，地面大气压强为p0，重力加速度大小为g.由此可估算得，地球大气层空气分子总数为________，空气分子之间的平均距离为________．

（2）如图3所示，一底面积为S，内壁光滑的圆柱形容器竖直放置在水平地面上，开口向上，内有两个质量均为m的相同活塞A和B；在A与B之间、B与容器底面之间分别封有一定量的同样的理想气体，平衡时体积均为V.已知容器内气体温度始终不变，重力加速度大小为g，外界大气压强为p0.现假设活塞B发生缓慢漏气，致使B最终与容器底面接触．求活塞A移动的距离．

图3

高考对本专题内容考查的重点和热点有：

①分子大小的估算；②对分子动理论内容的理解；③物态变化中的能量问题；④气体实验定律的理解和简单计算；⑤固、液、气三态的微观解释和理解；⑥热力学定律的理解和简单计算；⑦用油膜法估测分子大小等内容．应考策略：

内容琐碎、考查点多，复习中应以四块知识（分子动理论、从微观角度分析固体、液体、气体的性质、气体实验定律、热力学定律）为主干，梳理出知识点，进行理解性记忆．

考题一　热学基本知识

1．关于热学基本知识的易错点辨析（正确的打√号，错误的打×号）

（1）液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动（　　）

（2）晶体的物理性质都是各向异性的（　　）

（3）物体从外界吸收热量，其内能一定增加（　　）

（4）当人们感到干燥时，空气的相对湿度一定较小（　　）

（5）一定质量的气体温度不变时，体积减小，压强增大，说明每秒撞击单位面积器壁的分子数增多（　　）

（6）墨水滴入水中出现扩散现象，这是分子无规则运动的结果（　　）

（7）“破镜不能重圆”，是因为接触部分的分子间斥力大于引力（　　）

（8）纤细小虫能停在平静的液面上，是由于其受到浮力作用的结果（　　）

（9）用热针尖接触金属表面的石蜡，熔化区域呈圆形，这是晶体各向异性的表现（　　）

（10）叶面上的小露珠呈球形是由于液体表面张力的作用（　　）

（11）液晶显示器利用了液晶对光具有各向异性的特点（　　）

（12）当两分子间距离大于平衡位置的间距r0时，分子间的距离越大，分子势能越小（　　）

（13）温度升高时，分子热运动的平均动能一定增大，但并非所有分子的速率都增大（　　）

（14）第二类永动机违反了能量守恒定律（　　）

（15）扩散现象和布朗运动都与温度有关，所以扩散现象和布朗运动都是分子的热运动（　　）

（16）两分子从无限远处逐渐靠近，直到不能再靠近为止的过程中，分子间相互作用的合力先变大，后变小，再变大（　　）

（17）一定质量的理想气体体积增大时，压强一定减小（　　）

（18）金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体（　　）

（19）飘浮在热菜汤表面上的油滴，从上面观察是圆形的，是因为油滴液体呈各向同性的缘故（　　）

（20）对于一定量的理想气体，外界对气体做功，气体内能可能减少（　　）

（21）用打气筒给自行车打气需用力向下压活塞，这说明气体分子间有斥力（　　）

（22）物体体积增大时，分子间距增大，分子间势能也增大（　　）

（23）热量可以从低温物体传递到高温物体（　　）

（24）物体中所有分子热运动动能的总和叫做物体的内能（　　）

（25）只要能增加气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以升高（　　）

（26）物体的内能是物体中所有分子热运动动能和分子势能的总和（　　）

（27）气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变（　　）

（28）功可以全部转化为热，但热量不能全部转化为功（　　）

（29）热量能自发地从高温物体传递到低温物体，也能自发地从低温物体传递到高温物体（　　）

（30）只知道水蒸气的摩尔体积和水分子的体积，不能计算出阿伏加德罗常数（　　）

（31）硬币或钢针能浮于水面上，是由于液体表面张力的作用（　　）

（32）晶体一定具有固定的熔点、规则的几何外形和物理性质的各向异性（　　）

（33）影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素是空气中水蒸气的压强与同一温度下水的饱和气压的差距（　　）

（34）随着科技的发展，将来可以利用高科技手段，将散失在环境中的内能重新收集起来加以利用而不引起其他变化（　　）

（35）用阿伏加德罗常数和某种气体的密度，就一定可以求出该种气体的分子质量（　　）

（36）布朗运动是悬浮在液体中固体分子的无规则运动（　　）

2．（2017·武汉四月调研）若以V表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，M表示水的摩尔质量，M0表示一个水分子的质量，V0表示一个水分子的体积，NA表示阿伏加德罗常数，则下列关系式中正确的是（　　）

A．V＝

B．V0＝

C．M0＝

D．ρ＝

E．NA＝

3．（2017·河南二模改编）下列说法正确的是（　　）

A．分子间距离增大时，分子间的引力减小，斥力增大

B．当分子间的作用力表现为斥力时，随分子间距离的减小分子势能增大

C．一定质量的理想气体发生等温膨胀，一定从外界吸收热量

D．一定质量的理想气体发生等压膨胀，一定向外界放出热量

E．熵的大小可以反映物体内分子运动的无序程度

4．（2017·永州三模改编）以下说法正确的是（　　）

A．晶体有固定的熔点，非晶体没有固定的熔点

B．外界对物体做功，物体内能一定增加

C．布朗运动是悬浮在液体中的小颗粒的运动，它说明液体分子永不停息地做无规则运动

D．当分子间的引力和斥力平衡时，分子势能最小

E．知道水蒸气的摩尔体积和水分子的体积，可计算出阿伏加德罗常数

1．分子动理论的三个核心规律

（1）分子模型、分子数：

①分子模型：

球模型：

V＝

πR3，立方体模型：

V＝a3.

②分子数：

N＝nNA＝

NA＝

NA.

（2）分子运动：

分子做永不停息的无规则运动，温度越高，分子的无规则运动越剧烈．

（3）分子势能、分子力与分子间距离的关系：

（如图1所示）

图1

2．必须牢记晶体和非晶体的区别

晶体具有固定的熔点，而非晶体没有固定的熔点；晶体中的单晶体某些物理性质为各向异体，晶体中的多晶体和非晶体物理性质为各向同性．

3．必须理解热力学第二定律的内容

一切与热现象有关的宏观自然过程都具有方向性．

考题二　气体实验定律的应用

5．（2017·德州二模）如图2所示，质量m＝1kg的导热汽缸倒扣在水平地面上，A为T形活塞，汽缸内充有理想气体．汽缸的横截面积S＝2×10－4m2.当外界温度为t＝27℃时，汽缸对地面恰好没有压力，此时活塞位于汽缸中央．不计汽缸壁厚度，内壁光滑，活塞始终在地面上静止不动，大气压强为p0＝1×105Pa，g＝10m/s2.求：

图2

（1）汽缸内气体的压强；

（2）环境温度升高时，汽缸缓慢上升，温度至少升高到多少时，汽缸不再上升．

（3）汽缸不再上升后，温度继续升高，从微观角度解释压强变化的原因．

图3

6．（2017·山西四校第三次联考）如图3所示，开口向上竖直放置的内壁光滑汽缸，其侧壁是绝热的，底部导热，内有两个质量均为m的密闭活塞，活塞A导热，活塞B绝热，将缸内理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分．初状态整个装置静止不动处于平衡，Ⅰ、Ⅱ两部分气体的长度均为l0，温度均为T0.设外界大气压强为p0保持不变，活塞横截面积为S，且mg＝p0S，环境温度保持不变．求：

（1）在活塞A上逐渐添加铁砂，当铁砂质量等于2m，两活塞在某位置重新处于平衡时，活塞B下降的高度．

（2）现只对Ⅱ气体缓慢加热，使活塞A回到初始位置．此时Ⅱ气体的温度．

7．（2017·赣州模拟）如图4所示，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，中管内水银面与管口A之间气体柱长为LA＝40cm，右管内气体柱长为LB＝39cm.先将管口B封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设被封闭的气体为理想气体，整个过程温度不变，若稳定后进入左管的水银面比水银槽水银面低4cm，已知大气压强p0＝76cmHg，求：

图4

（1）A端上方气柱长度；

（2）稳定后右管内的气体压强．

应用气体实验定律的解题思路

（1）正确选择研究对象：

对于变质量问题要保证研究质量不变的部分；对于多部分气体问题，要各部分独立研究，各部分之间一般通过压强、体积或几何关系找到联系．

（2）分析状态参量．

①利用连通器原理（气体被液体封闭时）或平衡条件（气体被活塞封闭时）分析被封闭气体的压强特点；②根据容器的导热性能或题中条件，分析被封闭气体的温度特点；③根据题中条件分析被封闭气体的体积特点．

（3）认识过程、选定规律：

认清变化过程，选用合适的气体实验定律或理想气体状态方程列式求解．

考题三　热力学第一定律与气体实验定律的组合

8．（2017·泰州二模）

（1）汽缸内封闭了一定量压强为p＝1.0×105Pa、体积为V＝2.0m3的理想气体，现使气体保持压强不变体积缓慢压缩至V′＝1.0m3，此过程气体向外界释放了Q＝1.2×105J的热量，则压缩过程外界对气体做了________J的功，气体的内能变化了______J.

（2）如图5所示，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，管内左侧水银面与管口A之间气柱长为lA＝40cm.现将左管竖直插入水银槽中，稳定后管中左侧的水银面相对玻璃管下降了2cm，设被封闭的气体为理想气体，整个过程温度不变，已知大气压强p0＝76cmHg，求：

稳定后A端上方①气柱的压强；②气柱的长度．

图5

9．（2017·长春三质检）如图6所示，用轻质活塞在汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁间摩擦忽略不计，开始时活塞距离汽缸底部高度h1＝0.50m，气体的温度t1＝27℃.给汽缸缓慢加热至t2＝207℃，活塞缓慢上升到距离汽缸底某一高度h2处，此过程中缸内气体增加的内能ΔU＝300J．已知大气压强p0＝1.0×105Pa，活塞横截面积S＝5.0×10－3m2.求：

图6

（1）活塞距离汽缸底部的高度h2；

（2）此过程中缸内气体吸收的热量Q.

10．（2017·湖南省十三校第二次联考）

（1）如图7所示是一定质量的理想气体的体积V和摄氏温度t变化关系的V－t图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，下列说法正确的是________．（填正确的答案标号）

图7

A．气体的内能增大

B．气体的内能不变

C．气体的压强减小

D．气体的压强不变

E．气体对外做功，同时从外界吸收热量

（2）图8甲为一个横截面积足够大的喷水装置，内部装有200L水，上部密封1atm的空气1.0L．保持阀门关闭，再充入2atm的空气1.0L．设在所有过程中空气可看作理想气体，且温度不变．

①求充入2atm的空气1.0L后密封气体的压强；

②打开阀门后，水从喷嘴喷出（喷嘴与水面等高），通过计算，在图乙中画出喷水过程中气体状态变化的图象，求最后容器内剩余水的体积．（不计阀门右侧的管中水的体积及喷嘴与装置水平的高度差）

甲

乙

图8

1．气体的内能变化与其状态参量之间的关系：

气体的状态变化伴随其体积V、温度T或压强p变化．理想气体的内能只与温度有关．

2．气体状态变化图象要读取信息，应用热学规律，画图象应用“特殊点法、平移法”．

3．利用热力学第一定律应注意的问题：

一是式中各量的符号规定，即外界对气体做功时W>0，气体从外界吸热时Q>0，内能增加时ΔU>0；反之W<0，Q<0，ΔU<0.二是要理解功是个过程量，内能是个状态量．

专题综合练

1．（2017·江苏单科·12A）

（1）对下列几种固体物质的认识，正确的有________．

A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体

B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体

C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则

D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同

（2）在装有食品的包装袋中充入氮气，可以起到保质作用．某厂家为检测包装袋的密封性，在包装袋中充满一定量的氮气，然后密封进行加压测试．测试时，对包装袋缓慢地施加压力．将袋内的氮气视为理想气体，则加压测试过程中，包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力________（选填“增大”、“减小”或“不变”），包装袋内氮气的内能________（选填“增大”、“减小”或“不变”）．

（3）给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1L．将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为0.45L．请通过计算判断该包装袋是否漏气．

2.（2017·上饶三模）

（1）下列说法正确的是________．

A．温度高的物体内能不一定大，但分子平均动能一定大

B．当分子力表现为斥力时，分子势能随分子间距离的减小而增大

C．外界对物体做功，物体内能一定增加

D．当分子间的距离增大时，分子力一定减小

E．用油膜法估测分子直径的实验中，把用酒精稀释过的油酸滴在水面上，待测油酸面扩散后又收缩的原因是水面受油酸滴冲击凹陷后恢复以及酒精挥发后液面收缩

（2）如图9所示，内径粗细均匀的U形管，右侧B管上端封闭，左侧A管上端开口，管内注入水银，并在A管内装配有光滑的、质量可以不计的活塞，使两管中均封入L＝25cm的空气柱，活塞上方的大气压强为p0＝76cmHg，这时两管内水银面高度差h＝6cm.今用外力竖直向上缓慢地拉活塞，直至两管中水银面相平．设温度保持不变，则：

A管中活塞向上移动的距离是多少？

图9

3．（2017·菏泽二模）

（1）关于分子动理论和热力学定律，下列说法正确的是（　　）

A．布朗运动是液体分子的无规则运动

B．分子间引力总是随着分子间的距离减小而减小

C．热量能够自发地从高温物体传递到低温物体，但不能自发地从低温物体传递到高温物体

D．功转变为热的实际宏观过程一定是可逆过程

（2）如图10甲是一定质量的气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图象．已知气体在状态A时的压强是1.5×105Pa.

图10

①说出A→B过程中压强变化的情形，并根据图象提供的信息，计算图甲中TA的温度值．

②请在图乙坐标系中，作出该气体由状态A经过状态B变为状态C的p－T图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C.如果需要计算才能确定的有关坐标值，请写出计算过程．

4．（2017·长沙4月模拟）

（1）如图11所示，质量为M的绝热活塞把一定质量的理想气体密封在竖直放置的绝热汽缸内．活塞可在汽缸内无摩擦滑动．现通过电热丝对理想气体十分缓慢地加热．设汽缸处在大气中，大气压强恒定．经过一段较长时间后，下列说法正确的是（　　）

图11

A．汽缸中气体的压强比加热前要大

B．汽缸中气体的压强保持不变

C．汽缸中气体的体积比加热前要大

D．汽缸中气体的内能可能和加热前一样大

E．活塞在单位时间内受汽缸中分子撞击的次数比加热前要少

（2）U形管两管粗细不等，左管开口向上，封闭的右管横截面积是开口的左管的3倍，管中装入水银，大气压为p0＝76cmHg.开口管中水银面到管口距离为h1＝22cm，且水银面比封闭管内高Δh＝4cm，封闭管内空气柱长为h2＝11cm，如图12所示．现用小活塞把开口端封住，并缓慢推动活塞，使两管液面相平，推动过程中两管的气体温度始终不变，试求：

图12

①右管中气体的最终压强；

②活塞推动的距离．

5．（2017·湖南五市十校5月模拟）

（1）下列说法中正确的是________．

A．布朗运动是指液体或气体中悬浮微粒的无规则运动

B．将大颗粒的盐磨成细盐，就变成了非晶体

C．一定量100℃的水变成100℃的水蒸气，其分子之间的势能增加

D．只要能减弱气体分子热运动的剧烈程度，气体的温度就可以降低

E．空调机作为制冷机使用时，将热量从温度较低的室内送到温度较高的室外，所以制冷机的工作不遵守热力学第二定律

（2）如图13所示，一上端开口、下端封闭的细长玻璃管，上部有长24cm的水银柱，封有长12cm的空气柱，此时水银面恰好与管口平齐．已知大气压强为p0＝76cmHg，如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动180°，求在开口向下时管中空气柱的长度．封入的气体可视为理想气体，在转动过程中气体温度保持不变，没有发生漏气．

图13

6．（2017·益阳四月调研）

（1）下列说法正确的是________．

A．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力

B．金刚石、食盐、玻璃和水晶都是晶体

C．单晶体和多晶体的物理性质是各向异性的，非晶体是各向同性的

D．对一定质量的理想气体，在分子热运动的平均动能不变时，分子的平均距离减小则压强增大

E．一定质量的理想气体的内能只与温度有关，温度越高，内能越大

（2）如图14所示，有一个高度为h＝0.6m的金属容器放置在水平地面上，容器内有温度为t1＝27℃的空气，容器左侧壁有一阀门距容器底高度为h1＝0.3m，阀门细管直径忽略不计．容器内有一质量为m＝5.0kg的水平活塞，横截面积为S＝20cm2，活塞与容器壁紧密接触又可自由活动，不计摩擦，现打开阀门，让活塞缓慢下移直至静止并处于稳定状态．外界大气压强为p0＝1.0×105Pa.阀门打开时，容器内气体压强与大气压相等，g取10m/s2.求：

图14

①若不考虑气体温度变化，则活塞缓慢下移至静止时距容器底的高度h2；

②活塞静止后关闭阀门，对气体加热使容器内气体温度升高到327℃，求此时活塞距容器底的高度h3.

答案精析

专题13　热　学

真题示例

1．

（1）BCD　

（2）①330K　②1.01×105Pa

解析　

（1）晶体有固定的熔点，并不会因为颗粒的大小而改变，即使敲碎为小颗粒，仍旧是晶体，选项A错误；固体分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上光学性质不同，表现为晶体具有各向异性，选项B正确；同种元素构成的固体可能由于原子的排列方式不同而形成不同的晶体，如金刚石和石墨，选项C正确；晶体的分子排列结构如果遭到破坏就可能形成非晶体，反之亦然，选项D正确；熔化过程中，晶体要吸热，温度不变，但是内能增大，选项E错误．

（2）①大、小活塞在缓慢下移过程中，受力情况不变，汽缸内气体压强不变，由盖—吕萨克定律得

＝

初状态V1＝

（S1＋S2），T1＝495K

末状态V2＝lS2

代入可得T2＝

T1＝330K

②活塞下降过程，对大、小活塞受力分析则有

m1g＋m2g＋pS1＋p1S2＝p1S1＋pS2

可得p1＝1.1×105Pa

从大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间到缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡过程中，气体体积不变，由查理定律得

＝

T3＝T＝303K

解得p2＝1.01×105Pa.

2．

（1）ACD　

（2）①12.0cm　②13.2cm

解析　

（1）根据分子动理论，温度越高，扩散进行得越快，故A正确；扩散现象是由物质分子无规则运动产生的，不是化学反应，故B错误，C正确；扩散现象在气体、液体和固体中都能发生，故D正确；液体中的扩散现象不是由于液体的对流形成的，是液体分子无规则运动产生的，故E错误．

（2）①以cmHg为压强单位．设A侧空气柱长度l＝10.0cm时的压强为p；当两侧水银面的高度差为h1＝10.0cm时，空气柱的长度为l1，压强为p1.

由玻意耳定律得pl＝p1l1①

由力学平衡条件得p＝p0＋h②

打开开关K放出水银的过程中，B侧水银面处的压强始终为p0，而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小，B、A两侧水银面的高度差也随之减小，直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止．由力学平衡条件有p1＝p0－h1③

联立①②③式，并代入题给数据得l1＝12.0cm④

②当A、B两侧的水银面达到同一高度时，设A侧空气柱的长度为l2，压强为p2.

由玻意耳定律得pl＝p2l2⑤

由力学平衡条件有p2＝p0⑥

联立②⑤⑥式，并代入题给数据得l2＝10.4cm⑦

设注入的水银在管内的长度为Δh，依题意得

Δh＝2（l1－l2）＋h1⑧

联立④⑦⑧式，并代入题给数据得Δh＝13.2cm.

3．

（1）

（2）

·

解析　

（1）设大气层中气体的质量为m，由大气压强的产生知，mg＝p0S，即：

m＝

分子数n＝

＝

＝

，假设每个分子占据一个小立方体，各小立方体紧密排列，则小立方体边长即为空气分子平均间距，设为a，大气层中气体总体积为V，a＝

，而V＝4πR2h，所以a＝

.

（2）设A与B之间、B与容器底面之间的气体压强分别为p1、p2，在漏气前，对A分析有p1＝p0＋

，对B有p2＝p1＋

B最终与容器底面接触后，A、B间的压强为p，气体体积为V′，则有p＝p0＋

因为温度始终不变，对于混合气体有（p1＋p2）·V＝pV′

设活塞B厚度为d，漏气前A距离底面的高度为

h＝

＋d

漏气后A距离底面的高度为h′＝

＋d

Δh＝h′－h

联立以上各式化简得Δh＝

·

.

考题一　热学基本知识

1.

1

2