热学知识点总结

高中物理选修高中物理选修 3 33 3 知识点梳理知识点梳理 一 知识网络一 知识网络 分子直径数量级 物质是由大量分子组成的 阿伏加德罗常数 油膜法测分子直径 分子动理论分子永不停息地做无规则运动 扩散现象 布朗运动 分子间存在相互作用力 分子力的 F r 曲线 分子的动能 与物体动能的区别 物体的内能分子的势能 分子力做功与分子势能变化的关系 EP r 曲线 物体的内能 影响因素 与机械能的区别 单晶体 各向异性 热 光 电等 晶体 多晶体 各向同性 热 光 电等 有固定的熔 沸点 非晶体 各向同性 热 光 电等 没有固定的熔 沸点 浸润与不浸润现象 毛细现象 举例 饱和汽与饱和汽压 液晶 体积 V 气体体积与气体分子体积的关系 温度 T 或 t 热力学温标 分子平均动能的标志 压强的微观解释 压强 P 影响压强的因素 求气体压强的方法 改变内能的物理过程 做功 内能与其他形式能的相互转化 热传递 物体间 物体各部分间 内能的转移 热力学第一定律 能量转化与守恒 能量守恒定律 热力学第二定律 两种表述 熵 熵增加原理 能源与环境 常规能源 煤 石油 天然气 新能源 风能 水能 太阳能 核能 地热能 海洋能等 分 子 动 理 论 热 力 学 固 体 热 力 学 定 律 液 体 二 考点解析 考点解析 考点考点 64 物体是由大量分子组成的物体是由大量分子组成的 阿伏罗德罗常数阿伏罗德罗常数 要求 要求 阿伏加德罗常数 NA 6 02 1023mol 1 是联系微观量与宏观量的桥梁 设分子体积 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 1 分子质量 AA N V N m 2 分子体积 AA 1 0 PNN V V 对气体 V0应为气体分子占据的空间大小 3 分子直径 球体模型 1 V d N 2 3 4 3 A 固体 液体一般用此模型 3 0 3 A 6 6 V N V d 立方体模型 气体一般用此模型 2 3 0 Vd 对气体 d 应理解为相邻分子间的平均距离 4 分子的数量 A 1 A 1 AA N V V N V M N V N M n 固体 液体分子可估算分子质量 大小 认为分子一个挨一个紧密排列 气体分子不可估算大小 只能估算气体分子所占空间 分子质量 考点考点 65 用油膜法估测分子的大小 实验 探究 用油膜法估测分子的大小 实验 探究 要求 要求 在 用油膜法估测分子的大小 的实验中 有下列操作步骤 请补充实验步骤 C 的内容及实验步骤 E 中的计算式 A 用滴管将浓度为 0 05 的油酸酒精溶液逐滴滴入量筒中 记下滴入 1mL 的油酸酒精溶液的滴数 N B 将痱子粉末均匀地撒在浅盘内的水面上 用滴管吸取浓度为 0 05 的油酸酒精溶液 逐滴向水面上滴 入 直到油酸薄膜表面足够大 且不与器壁接触为止 记下滴入的滴数 n C D 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 以坐标纸上边长 1cm 的正方形为单位 计算出轮廓内 正方形的个数 m 超过半格算一格 小于半格不算 E 用上述测量的物理量可以估算出单个油酸分子的直径 d cm 考点考点 66 分子热运动分子热运动 布朗运动布朗运动 要求 要求 1 扩散现象 不同物质彼此进入对方 分子热运动 温度越高 扩散越快 应用举例 向半导体材料掺入其它元素 扩散现象直接说明 组成物体的分子总是不停地做无规则运动 温度越高分子运动越剧烈 间 接 说 明 分子间有间隙 2 布朗运动 悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动 不是液体分子的无规则运动 因微粒很小 所以 要用光学显微镜来观察 布朗运动发生的原因是受到包围微粒的液体分子无规则运动地撞击的不平衡性造成的 因而布朗运动 说明了分子在永不停息地做无规则运动 1 布朗运动不是固体微粒中分子的无规则运动 2 布朗运动不是液体分子的运动 3 课本中所示的布朗运动路线 不是固体微粒运动的轨迹 4 微粒越小 温度越高 布朗运动越明显 注意 房间里一缕阳光下的灰尘的运动不是布朗运动 3 扩散现象是分子运动的直接证明 布朗运动间接证明了液体分子的无规则运动 考点考点 67 分子间的作用力分子间的作用力 要求 要求 1 分子间引力和斥力一定同时存在 且都随分子间距离的增大而减小 随分子间距离的减小而增大 但 斥力变化快 2 实际表现出来的分子力是分子引力和斥力的合力 随分子间距离的增大 分子力先变小后变大再变小 注意 这是指 r 从小于 r0开始到增大到无穷大 3 分子力的表现及变化 对于曲线注意两个距离 即 r0 10 10m 与 10r0 当分子间距离为 r0 约为 10 10m 时 分子力为零 分子势能最小 当分子间距离 r r0时 分子力表现为引力 当分子 间距离由 r0增大时 分子力先增大后减小 当分子间距离 r r0时 分子力表现为斥力 当分子 间距离由 r0减小时 分子力不断增大 4 分子间的相互作用力是由于分子中带电粒子的相互作用 引起的 5 注意 压缩气体也需要力 不说明分子间存在斥力作用 压缩气体需要的力是用来反抗大量气体分子频繁撞击容器 壁 活塞 时对容器壁 活塞 产生的压力 考点考点 68 温度和内能温度和内能 要求 要求 温度和温标温度和温标 1 温度 反映物体冷热程度的物理量 是一个宏观统计概念 是物体分子平均动能大小的标志 任何 同温度的物体 其分子平均动能相同 1 只有大量分子组成的物体才谈得上温度 不能说某几个氧分子的温度是多少多少 因为这几个 分子运动是无规则的 某时刻它们的平均动能可能较大 另一时刻它们的平均动能也可能较小 无稳 定的 冷热程度 2 1 的氧气和 1 的氢气分子平均动能相同 1 的氧气分子平均速率小于 1 的氢气分子平均 速率 2 热力学温度 T 与摄氏温度 t 的关系为 T t 273 15 K 说明 两种温度数值不同 但改变 1 K 和 1 的温度差相同 K 是低温的极限 只能无限接近 但不可能达到 这两种温度每一单位大小相同 只是计算的起点不同 摄氏温度把 1 大气压下冰水混合物 的温度规定为 0 热力学温度把 1 大气压下冰水混合物的温度规定为 273K 即把 273 规定 为 0K 所以 T t 273 3 分子动理论是热现象微观理论的基础 热学包括 研究宏观热现象的热力学 研究微观理论的统计物理学 统计规律 单个分子的运动都是不规则的 带有偶然性的 大量分子的集体行为受到统计规律的支 配 内能内能 1 内能是物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和 是状态量 改变内能的方法有做功和热传递 它们是等效的 三者的关系可由热力学第一定律得到 U W Q 2 决定分子势能的因素 从宏观上看 分子势能跟物体的体积有关 从微观上看 分子势能跟分子间距离 r 有关 3 固体 液体的内能与物体所含物质的多少 分子数 物体的温度 平均动能 和物体的体积 分子 势能 都有关 气体 一般情况下 气体分子间距离较大 不考虑气体分子势能的变化 即不考虑分子间的相互作用 力 4 一个具有机械能的物体 同时也具有内能 一个具有内能的物体不一定具有机械能 它们之间可以转 化 5 理想气体的内能 理想气体是一种理想化模型 理想气体分子间距很大 不存在分子势能 所以理想 气体的内能只与温度有关 温度越高 内能越大 1 理想气体与外界做功与否 看体积 体积增大 对外做了功 外界是真空则气体对外不做功 体积减小 则外界对气体做了功 2 理想气体内能变化情况看温度 3 理想气体吸不吸热 则由做功情况和内能变化情况共同判断 即从热力学第一定律判断 6 理解内能概念需要注意几点 1 内能是宏观量 只对大量分子组成的物体有意义 对个别分子无意义 2 物体的内能由分子数量 物质的量 温度 分子平均动能 体积 分子间势能 决定 与物 体的宏观机械运动状态无关 内能与机械能没有必然联系 7 关于分子平均动能和分子势能理解时要注意 1 温度是分子平均动能大小的标志 温度相同时任何物体的分 子平均动能相等 但平均速率一般不等 分子质量不同 2 分子力做正功分子势能减少 分子力做负功分子势能增加 3 分子势能为零一共有两处 一处在无穷远处 另一处小于 r0 分子力为零时分子势能最小 而不是零 4 理想气体分子间作用力为零 分子势能为零 只有分子动能 考点考点 69 晶体和非晶体晶体和非晶体 晶体的微观结构晶体的微观结构 要求 要求 固 体 多晶体 如金属 1 有确定几何形状 2 制作晶体管 集成电路 3 各向异性 晶 体 1 无确定几何形状 2 各向同性 非晶体液化过程中温度会不断改变 而不同 温度下物质由固态变为液态时吸收的热量是 不同的 所以非晶体没有确定的熔化热 有确定熔点 熔解和凝固时放出 的热量相等 非 晶 体 单晶体 1 无确定几何形状 2 无确定熔点 3 各向同性 x 0 EP r0 1 只能用单晶体制作晶体管和集成电路 2 具体到某种晶体 它可能只是某种物理性质各向异性较明显 例 云母片就是导热性明显 方解石则 是透光性上明显 方铅矿则在导电性上明显 但笼统提晶体就说各种物理性质是各向异性 3 同种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形式出现 物质是晶体还是非晶体不是绝对的 在一定条件 下可以相互转化 4 通过 X 射线在晶体上的衍射实验 发现各种晶体内部的微粒按各自的规则排列 具有空间上的周期性 有的物质组成它们的微粒能够按照不同规则在空间分布 因此在不同条件下可以生成不同的晶体 例如 碳原子由于排列不同可以生成石墨或金刚石 5 晶体达到熔点后由固态向液态转化 分子间距离要加大 此时晶体要从外界吸收热量来破坏晶体的点 阵结构 所以吸热只是为了克服分子间的引力做功 只增加了分子的势能 考点考点 70 液体的表面张力现象液体的表面张力现象 要求 要求 说明 对浸润和不浸润现象 毛细现象的解释不做要求说明 对浸润和不浸润现象 毛细现象的解释不做要求 液体 非晶体的微观结构跟液体非常相似 表面张力 表面层分子比较稀疏 r r0在液体内部分子间的距离在 r0左右 分子力几乎为零 液体 的表面层由于与空气接触 所以表面层里分子的分布比较稀疏 分子间呈引力作用 在这个力作用下 液体表面有收缩到最小的趋势 这个力就是表面张力 太空中的液体 形状由表面张力决定 由于使液体表面收缩至最小 故呈球状 浸润和不浸润现象 附着层的液体分子比液体内部毛细现象 浸润密上升 不浸润稀疏下降 毛细现象 浸润液体在细管中上升的现象 以及不浸润液体在细管中下降的现象 称为毛细现象 对于一定液体和一定材质的管壁 管的内径越细 毛细现象越明显 管的内径越细 液体越高 土壤锄松 破坏毛细管 保存地下水分 压紧土壤 毛细管变细 将水引上来 3 由于液体浸润管壁 液面边缘部分的表面张力斜向上方 这个力使管中液体向上运动 当管中 液体上升到一定高度 液体所受重力与液面边缘所受向上的力平衡 液面稳定在一定高度 考点考点 71 液晶液晶 要求 要求 1 液晶具有流动性 光学性质各向异性 2 不是所有物质都具有液晶态 通常棒状分子 碟状分子和平板状分子的物质容易具有液晶态 天然存 在的液晶不多 多数液晶为人工合成 3 向液晶参入少量多色性染料 染料分子会和液晶分子结合而定向排列 从而表现出光学各向异性 当 液晶中电场强度不同时 它对不同颜色的光的吸收强度也不一样 这样就能显示各种颜色 4 在多种人体结构中都发现了液晶结构 考点考点 72 气体实验定律气体实验定律 理想气体理想气体 要求 要求 说明 气体实验定律的计算不做要求说明 气体实验定律的计算不做要求 1 探究一定质量理想气体压强 p 体积 V 温度 T 之间关系 采用的是控制变量法 2 三种变化 玻意耳定律 PV C 查理定律 P T C 盖 吕萨克定律 V T C 等温变化图线 等容变化图线 等压变化图线 提示 等温变化中的图线为双曲线的一支 等容 压 变化中的图线均为过原点的直线 之所以原点附 近为虚线 表示温度太低了 规律不再满足 图中双线表示同一气体不同状态下的图线 虚线表示判断状态关系的两种方法 对等容 压 变化 如果横轴物理量是摄氏温度 t 则交点坐标为 273 15 3 理想气体状态方程 理想气体 由于不考虑分子间相互作用力 理想气体的内能仅由温度和分子总数决定 与气体的体 积无关 对一定质量的理想气体对一定质量的理想气体 有 或 1 122 12 pVp V TT 恒定 T pv 4 气体压强微观解释 由大量气体分子频繁撞击器壁而产生的 与温度和体积有关 气体分子的平均动能 从宏观上看由气体的温度决定 单位体积内的分子数 分子密集程度 从宏观上看由气体的体积决定 考点考点 73 饱和汽和饱和汽压饱和汽和饱和汽压 要求 要求 说明 相对湿度的计算不做要求说明 相对湿度的计算不做要求 汽化 发生的剧烈的汽化现象在液体表面和内部同时沸腾 的汽化现象在任何温度下都能发生只在液体表面进行并且蒸发 沸腾只在一定温度下才会发生 液体沸腾时的温度叫做沸点 沸点与温度有关 大气压增大时沸点 升高 饱和汽与饱和汽压 在密闭容器中的液面上同时进行着两种相反的过程 一方面分子从液面飞出来 另一方面由于液面 上的汽分子不停地做无规则的热运动 有的汽分子撞到液面上又会回到液体中去 随着液体的不断蒸发 液面上汽的密度不断增大 回到液体中的分子数也逐渐增多 最后 当汽的密度增大到一定程度时 就 会达到这样的状态 在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数 这时汽的密度不再 增大 液体也不再减少 液体和汽之间达到了平衡状态 这种平衡叫做动态平衡 我们把跟液体处于动 态平衡的汽叫做饱和汽 把没有达到饱和状态的汽叫做未饱和汽 在一定温度下 饱和汽的压强一定 叫做饱和汽压 未饱和汽的压强小于饱和汽压 饱和汽压 1 饱和汽压只是指空气中这种液体蒸汽的分气压 与其他气体的压强无关 T1 T2 p V T1T2 O V1 V2 p T V1 V2 O p1 p2 V T p1 p2 O 2 饱和汽压与温度和物质种类有关 在同一温度下 不同液体的饱和气压一般不同 挥发性大的液体饱和气压大 同一种液体的饱和气压 随温度的升高而迅速增大 对于某种液体而言单位时间 单位面积 液面 飞出的液体分子数只与温度 有关 3 将不饱和汽变为饱和汽的方法 降低温度 减小液面上方的体积 等待 最终此种液体的蒸气 必然处于饱和状态 3 空气的湿度 1 空气的绝对湿度 用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度叫做空气的绝对湿度 2 空气的相对湿度 同温度下水的饱和汽压 水蒸气的实际汽压 相对湿度 相对湿度更能够描述空气的潮湿程度 影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受 相对湿度大 人感觉潮湿 人们感到干爽是指相对湿度小 离饱和程度越远 空气相对湿度越 小 4 汽化热 液体汽化时体积会增大很多 分子吸收的能量不只是用于挣脱其他分子的束缚 还用于体积膨胀时 克服外界气压做功 所以汽化热还与外界气体的压强有关 考点考点 74 做功和热传递是改变物体内能的两种方式做功和热传递是改变物体内能的两种方式 要求 要求 1 绝热过程 系统只通过做功而与外界交换能量 它不从外界吸热 也不向外界放热 两种情况 绝热材料 变化迅速 焦耳的两个实验 机械能转化为内能 电能转化为内能 2 热传递 热传导 热对流 热辐射 3 热量和内能 不能说物体具有多少热量 只能说物体吸收或放出了多少热量 热量是过程量 对应一个过程 离 开了热传递 无法谈热量 不能说 物体温度越高 所含热量越多 可以说物体具有多少内能 因为内能是状态量对应一个状态 改变物体内能的两种方式 做功和热传递 做功是内能与其他形式的能发生转化 热传递是不同物体 或同一物体的不同部分 之间内能的转移 它们改变内能的效果是相同的 考点考点 75 热力学第一定律热力学第一定律 能量守恒定律能量守恒定律 要求 要求 I 1 热力学第一定律 1 内容 一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和 2 数学表达式为 U W Q 绝热 Q 0 等温 U 0 如果是气体向真空扩散 W 0 3 符号法则 做功 W热量 Q内能的改变 U 取正值 外界对系统做功系统从外界吸收热量系统的内能增加 取负值 系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少 2 能量守恒定律 1 能量既不会凭空产生 也不会凭空消失 它只能从一种形式转化为另一种形式 或者从一个物体 转移到别的物体 在转化或转移的过程中其总量不变 这就是能量守恒定律 2 第一类永动机 不消耗任何能量 却可以源源不断地对外做功 人们把这种不消耗能量的永动机 叫第一类永动机 根据能量守恒定律 任何一部机器 只能使能量从一种形式转化为另一种形式 而不能无中生有地 制造能量 因此第一类永动机是不可能制成的 考点考点 76 热力学第二定律热力学第二定律 要求 要求 1 可逆与不可逆过程 1 热传导的方向性 热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行 但相反方向却不能自发 地进行 即热传导具有方向性 是一个不可逆过程 2 说明 自发地 过程就是在不受外来干扰的条件下进行的自然过程 热量可以自发自发地从高温物体传向低温物体 热量却不能自发自发地从低温物体传向高温物体 要将热量从低温物体传向高温物体 必须有 外界的影响或帮助 就是要由外界对其做功才能完 成 电冰箱 空调就是例子 2 热力学第二定律的两种表述 克劳修斯表述 热量不能自发自发地从低温物体传递到高温物体 开尔文表述 不可能从单一热库吸收热量 使之完全变成功 而不产生其他影响 3 热机 热机是把内能转化为机械能的装置 其原理是热机从热源吸收热量 Q1