高中物理3-3热学知识点归纳.pdf

1选修 3-3 热学知识点归纳一、分子运动论一、分子运动论1.物质是由大量分子组成的（1）分子体积 分子体积很小，它的直径数量级是10 10（2）分子质量 分子质量很小，一般分子质量的数量级是10 26（3）阿伏伽德罗常数（宏观世界与微观世界的桥梁）1 摩尔的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值：=6.02 1023 1设微观量为：分子体积V0、分子直径d、分子质量m；宏观量为：物质体积V、摩尔体积V1、物质质量M、摩尔质量、物质密度分子质量：=1分子体积:（对气体，V0应为气体分子平均占据的空间大小）0=1分子直径:球体模型:（固体、液体一般用此模型）VdN3A)2(34303A6=6=VNVd立方体模型:（气体一般用此模型）（对气体，d理解为相邻分子间的平均距30=Vd离）分子的数量A1A1AANVVNVMNVNMn2.分子永不停息地做无规则热运动（1）分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。（2）布朗运动 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动。布朗运动不是分子本身的 运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。（3）实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。因为图中的每一段折线，是每隔 30s 时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的30s 内，小颗粒的运动也是极不规则的。（4）布朗运动产生的原因 大量液体分子（或气体）永不停息地做无规则运动时，对悬浮在其中的微粒撞击作用的不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体（或气体）分子永不停息的无规则运动是产生布朗运动的原因。（5）影响布朗运动激烈程度的因素 固体微粒越小，温度越高，固体微粒周围的液体分子运动越不规则，对微粒碰撞的不平2衡性越强，布朗运动越激烈。（6）能在液体（或气体）中做布朗运动的微粒都是很小的，一般数量级在，这种10 6微粒肉眼是看不到的，必须借助于显微镜。3.分子间存在着相互作用力（1）分子间的引力和斥力同时存在，实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力。分子间的引力和斥力只与分子间距离(相对位置)有关，与分子的运动状态无关。（2）分子间的引力和斥力都随分子间的距离 r 的增大而减小，随分子间的距离 r 的减小而增大，但斥力的变化比引力的变化快。（3）分子力 F 和距离 r 的关系如下图 （注：上图中：数量级）01rr m10104.物体的内能(1)做热运动的分子具有的动能叫分子动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。(2)由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。分子力做正功时分子势能减小；分子力作负功时分子势能增大。当r=r0即分子处于平衡位置时分子势能最小。不论r从r0增大还是减小，分子势能都将增大。如果以分子间距离为无穷远时分子势能为零，则分子势能随分子间距离而变的图象如上图。(3)物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。物体的内能跟物体的温度和体积及物质的量都有关系，定质量的理想气体的内能只跟温度有关。(4)内能与机械能：运动形式不同，内能对应分子的热运动，机械能对于物体的机械运动。物体的内能和机械能在一定条件下可以相互转化。二、固体二、固体1晶体和非晶体3 （1）在外形上，晶体具有确定的几何形状，而非晶体则没有。（2）在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。（3）晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点。（4）晶体和非晶体并不是绝对的，它们在一定条件下可以相互转化。例如把晶体硫加热熔化（温度不超过 300）后再倒进冷水中，会变成柔软的非晶体硫，再过一段时间又会转化为晶体硫。2多晶体和单晶体 单个的晶体颗粒是单晶体，由单晶体杂乱无章地组合在一起是多晶体。多晶体具有各向同性。3晶体的各向异性及其微观解释在物理性质上，晶体具有各向异性，而非晶体则是各向同性的。通常所说的物理性质包括弹性、硬度、导热性能、导电性能、光的折射性能等。晶体的各向异性是指晶体在不同方向上物理性质不同，也就是沿不同方向去测试晶体的物理性能时测量结果不同。需要注意的是，晶体具有各向异性，并不是说每一种晶体都能在各物理性质上都表现出各向异性。晶体内部结构的有规则性，在不同方向上物质微粒的排列情况不同导致晶体具有各向异性。4.晶体与非晶体、单晶体与单晶体的比较三、液体三、液体1.液体的微观结构及物理特性 （1）从宏观看 因为液体介于气体和固体之间，所以液体既像固体具有一定的体积，不易压缩，又像气体没有形状，具有流动性。4 （2）从微观看有如下特点 液体分子密集在一起，具有体积不易压缩；分子间距接近固体分子，相互作用力很大；液体分子在很小的区域内有规则排列，此区域是暂时形成的，边界和大小随时改变，并且杂乱无章排列，因而液体表现出各向同性；液体分子的热运动虽然与固体分子类似，但无长期固定的平衡位置，可在液体中移动，因而显示出流动性，且扩散比固体快。2液体的表面张力 如果在液体表面任意画一条线，线两侧的液体之间的作用力是引力，它的作用是使液体面绷紧，所以叫液体的表面张力。特别提醒：表面张力使液体自动收缩，由于有表面张力的作用，液体表面有收缩到最小的趋势，表面张力的方向跟液面相切。表面张力的形成原因是表面层（液体跟空气接触的一个薄层）中分子间距离大，分子间的相互作用表现为引力。表面张力的大小除了跟边界线长度有关外，还跟液体的种类、温度有关。四、液晶四、液晶1液晶的物理性质 液晶具有液体的流动性，又具有晶体的光学各向异性。2液晶分子的排列特点 液晶分子的位置无序使它像液体，但排列是有序使它像晶体。3液晶的光学性质对外界条件的变化反应敏捷 液晶分子的排列是不稳定的，外界条件和微小变动都会引起液晶分子排列的变化，因而改变液晶的某些性质，例如温度、压力、摩擦、电磁作用、容器表面的差异等，都可以改变液晶的光学性质。如计算器的显示屏，外加电压液晶由透明状态变为混浊状态。五、气体五、气体1.气体的状态参量（1）温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上是分子平均动能的标志。热力学温度是国际单位制中的基本量之一，符号T，单位 K（开尔文）；摄氏温度是导出单位，符号t，单位（摄氏度）。关系是t=T-T0，其中T0=273.15K两种温度间的关系可以表示为：T=t+273.15K 和 T=t，要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。0K 是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动。可以无限接近，但永远不能达到。气体分子速率分布曲线5图像表示：拥有不同速率的气体分子在总分子数中所占的百分比。图像下面积可表示为分子总数。特点：同一温度下，分子总呈“中间多两头少”的分布特点，即速率处中等的分子所占比例最大，速率特大特小的分子所占比例均比较小；温度越高，速率大的分子增多；曲线极大值处所对应的速率值向速率增大的方向移动，曲线将拉宽，高度降低，变得平坦。（2）体积:气体总是充满它所在的容器，所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积。（3）压强:气体的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的。（4）气体压强的微观意义：大量做无规则热运动的气体分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强。单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看，气体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。（5）决定气体压强大小的因素：微观因素：气体压强由气体分子的密集程度和平均动能决定：A、气体分子的密集程度（即单位体积内气体分子的数目）越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多；B、气体的温度升高，气体分子的平均动能变大，每个气体分子与器壁的碰撞（可视为弹性碰撞）给器壁的冲力就大；从另一方面讲，气体分子的平均速率大，在单位时间里撞击器壁的次数就多，累计冲力就大。宏观因素：气体的体积增大，分子的密集程度变小。在此情况下，如温度不变，气体压强减小；如温度降低，气体压强进一步减小；如温度升高，则气体压强可能不变，可能变化，由气体的体积变化和温度变化两个因素哪一个起主导地位来定。2气体实验定律 （1）等温变化-玻意耳定律 内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强 p 与体积 V 成反比。公式：或 或（常量）（2）等容变化-查理定律 内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强 p 与热力学温度 T 成正比。6 公式：或或（常量）（3）等压变化-盖吕萨克定律 内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积 V 与热力学温度 T 成正比。公式：或或（常量）3对气体实验定律的微观解释（1）玻意耳定律的微观解释 一定质量的理想气体，分子的总数是一定的，在温度保持不变时，分子的平均动能保持不变，气体的体积减小到原来的几分之一，气体的密集程度就增大到原来的几倍，因此压强就增大到原来的几倍，反之亦然，所以气体的压强与体积成反比。（2）查理定律的微观解释 一定质量的理想气体，说明气体总分子数 N 不变；气体体积 V 不变，则单位体积内的分子数不变；当气体温度升高时，说明分子的平均动能增大，则单位时间内跟器壁单位面积上碰撞的分子数增多，且每次碰撞器壁产生的平均冲力增大，因此气体压强 p 将增大。（3）盖吕萨克定律的微观解释 一定质量的理想气体，当温度升高时，气体分子的平均动能增大；要保持压强不变，必须减小单位体积内的分子个数，即增大气体的体积。4.理想气体状态方程：一定质量的理想气体状态方程：公式：=恒量 TPV或 （含密度式：）222111TVPTVP222111TPTP注意：计算时公式两边 T 必须统一为热力学温度单位,其它两边单位相同即可。5.*克拉珀龙方程：(R 为普适气体恒量，n 为摩尔数）RTMnRTPV六、热力学定律六、热力学定律1.热力学第零定律（热平衡定律）：如果两个系统分别与第三个系统达到热平衡，那么这两个系统彼此之间也必定处于热平衡2.热力学第一定律：EW+Q能的转化守恒定律第一类永动机（违反能量守恒定律）不可能制成.(1)做功和热传递都能改变物体的内能。也就是说，做功和热传递对改变物体的内能是等效的。但从能量转化和守恒的观点看又是有区别的：做功是其他能和内能之间的转化，功是内能转化的量度；而热传递是内能间的转移，热量是内能转移的量度。(2)符号法则：体积增大,气体对外做功,W 为“一”；体积减小,外界对气体做功,W 为“+”。7 气体从外界吸热,Q 为“+”；气体对外界放热,Q 为“一”。温度升高,内能增量E 是取“+”；温度降低,内能减少，E 取“一”。(3)三种特殊情况：等温变化E=0，即 W+Q=0 绝热膨胀或压缩：Q=0 即 W=E等容变化：W=0，Q=E (4)由图线讨论理想气体的功、热量和内能 等温线（双曲线）：一定质量的理想气体，ab，等温降压膨胀，内能不变，吸热等于对外做功。bc，等容升温升压，不做功，吸热等于内能增加。ca，等压降温收缩，外界做功和放热等于内能减少。图像下面积表示做功：体积增大气体对外做功，体积减小外界对气体做功 等容线（过 0K 点直线或通过 t 轴上一 273.15的直线）：一定质量的理想气体，ab，等温降压膨胀，内能不变，吸热等于对外做功。bc，等容升温升压，不做功，吸热等于内能增加。ca，等压降温收缩，外界做功和放热等于内能减少。等压线（过 0K 点直线或通过 t 轴上一 273.15的直线）：一定质量的理想气体，ab，等温升压收缩，内能不变，外界做功等于放热。bc，等压升温膨胀，吸热和对外做功等于内能增加。ca，等容降温降压，不做功，内能减少等于放热。3.热学第二定律（1）第二类永动机不可能制成（满足能量守恒定律，但违反热力学第二定律）实质:涉及热现象(自然界中)的宏观过程都具有方向性,是不可逆的（2）热传递方向表述(克劳修斯表述)：不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化。(热传导有方向性)（3）机械能与内能转化表述(开尔文表述)：不可能从单一热源吸收热量并把它全部用来做功,而不引起其它变化。(机械能与内能转PVT1T2acbOPTPacbV2V1VTPacbP2P18化具有方向性)。4.热力学第三定律：热力学零度不可达到。T=t+273.15K，Tt5.熵增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵是不会减少的。孤立系统熵增加过程是系统热力学概率增大的过程（即无序度增大的过程），是系统从非平衡态趋于平衡态的过程，是一个不可逆过程。熵的增加表示宇宙物质的日益混乱和无序。