做熱和氣體題,最容易卡住嘅往往唔係「唔記得公式」,而係見到加熱、熔化同氣體壓強同時出現,就唔知應該分幾步計。呢篇 DSE 物理熱和氣體公式速查,將常用關係連同適用情境同易錯位放埋一齊,幫你先判斷題目,再落手代數。
使用方法:先睇題目有冇改變物態,再睇氣體係咪同一份、溫度係咪用絕對溫標。由下表「適用情境」揀關係,做完再對照「常犯錯誤」檢查單位、假設同答案。
想快啲搵到需要嘅部分,可以按順序睇:升降溫與比潛熱;熱平衡與電加熱;理想氣體與分子數;氣體動力學與平均平動動能。表格同時提供中英對照,方便對照英文題目用字。
讀表前先分清三種變化
升降溫:物態冇變,留意質量、溫差,以及題目講緊成件物體嘅熱容量,定係材料嘅比熱容量。
改變物態:熔化或汽化階段要按實際改變物態嘅質量計;如果題目先升溫再熔化,應分段處理。
氣體狀態改變:比較兩個狀態前,確認氣體量冇變;溫度要用 K,壓強要用絕對壓強。
星號與來源說明
★ 表示試卷公式表未直接提供的常用關係,亦包括需要結合其他關係推導的公式。無星號表示官方表已列出,或僅作代數移項/符號改寫。星號唔代表重要程度。文中 [R] 編號按考生表現報告改寫;其他錯誤提醒係根據公式條件整理,並非逐項引用考評局評論。
本表集中整理 Paper 1 熱和氣體相關常用關係,包括相關延伸部分;唔係整個物理課程嘅完整公式清單。本文為教學整理,並非考評局官方公式表。
熱和氣體公式與常犯錯誤 30 秒自測 先揀公式再計
先分清楚升降溫、物態改變及氣體狀態改變;同一題可能需要分階段使用不同公式。
公式 Formula | 適用情境 When to use | 常犯錯誤 Common mistakes |
熱容量與比熱容量 Q = m c ΔT ★ Q = C ΔT;C = m c | 物質沒有改變物態時,求升降溫所需的熱量;C 是整個物體的熱容量,c 是材料的比熱容量。 Find heat transferred during a temperature change without a change of state. C is the object’s heat capacity; c is the material’s specific heat capacity. | 不可混淆 C 與 c;ΔT 是溫差而非末溫。相同溫差以 °C 或 K 表示,數值相同。 Do not confuse C with c. ΔT is a temperature change, not final temperature; its numerical value is the same in °C and K. |
比潛熱 Q = m L | 物質在相變溫度改變物態時求熱量;L 為比潛熱(J kg⁻¹),按熔化或汽化選取。 Find heat transferred during a change of state at the transition temperature. L is specific latent heat in J kg⁻¹; select fusion or vaporization as appropriate. | m 是實際改變物態的質量;有溫度改變及相變時,須分別計算後相加。 m is the mass that actually changes state. Add separate contributions if both temperature and state change. |
熱平衡與電加熱 ★ Qlost = Qgained ★ P t = m c ΔT | 第一式用於沒有向外界淨散熱的混合系統,熱量取大小;第二式另假設全部電能使該物質升溫,P 為恆定或平均功率。 The first is for a thermally isolated mixing system, using heat magnitudes. The second assumes all electrical energy heats the material, with P constant or averaged over the interval. | 量熱計算可能需要計入容器;溫度下降量不等於最後溫度。Pt 亦不一定全部傳給待測物。 [R6] Include the container where required; a temperature drop is not the final temperature. Not all Pt necessarily reaches the sample. |
理想氣體與定量氣體 p V = n R T ★ p1 V1 / T1 = p2 V2 / T2 | 理想氣體狀態方程;第二式比較同一份、物質的量不變的氣體的兩個狀態。 Use the ideal-gas equation. The second form compares two states of a fixed amount of gas. | T 必須是 K,已用 K 表示的數值不要再加 273;p 是絕對壓強。漏氣或氣體量改變時,不能直接用第二式。 [R8] Use T in K; do not add 273 to a temperature already in K. Use absolute pressure. The second form does not directly apply if the amount of gas changes. |
摩爾數與分子數 ★ N = n NA ★ n = mtotal / M | 把氣體的物質的量 n(mol)、分子數 N 及總質量互相換算;M 為摩爾質量。 Convert among amount n in mol, molecule count N and total mass, using molar mass M. | n 與 N 不同;總質量與摩爾質量必須使用相容單位。 [R7] n is not N. Use compatible units for total mass and molar mass. |
氣體動力學 p V = ⅓ N m ⟨c2⟩ ★ crms = √⟨c2⟩ | 連繫理想氣體壓強與分子運動;m 是一個分子的質量,⟨c²⟩ 是速率平方的平均值。 Relate ideal-gas pressure to molecular motion; m is the mass of one molecule and ⟨c²⟩ the mean square speed. | 不要把氣體總質量代入 m 後又乘 N;平均速率的平方不等於速率平方的平均值。 Do not substitute total gas mass for m and multiply by N again. The square of mean speed is not mean square speed. |
分子的平均平動動能 ⟨Ek⟩ = ³⁄₂ (R / NA) T | 由絕對溫度求每個理想氣體分子的平均平動動能;同溫下,不同氣體的此平均值相同。 Find mean translational kinetic energy per ideal-gas molecule from absolute temperature; it is the same for different gases at the same temperature. | 式中不是整份氣體的總動能;攝氏溫度加倍不代表平均動能加倍。 This is not the total kinetic energy of the gas. Doubling Celsius temperature does not double mean kinetic energy. |
做題前,先問自己三個問題
- 要求甚麼、已知甚麼?先列出物理量和單位,再選擇能連繫它們的公式。
- 適用條件成立嗎?例如加速度是否恆定、氣體量是否不變、機械能是否守恆。
- 答案合理嗎?檢查方向、單位及數量級,例如效率不應超過 100%,並聯總電阻應小於各支路電阻。
單位提醒:代入 SI 形式的公式前,先統一 m、kg、s、A 等單位;氣體方程的溫度用 K。溫差可以用 K 或 °C;半衰期題亦可用年或分鐘,但衰變常數必須採用相應時間單位。
把概念理解轉化為解題能力
如果你已理解課堂內容,卻仍在選式、代入或判斷條件時反覆失分,溫習的重點可以由「再做更多題目」,進一步轉向「找出每一步為何這樣做」。明道的 DSE 物理課程配合不同學習階段,協助同學整理概念、辨認題型,並練習把物理知識應用於試題。
本文為重新整理的教學內容,並非考評局官方公式表。
想繼續溫習其他物理課題,可以參考同系列嘅力學公式表、電和磁公式表同波動公式表,按自己較易失分嘅部分逐篇睇。
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