物理3-3知识点汇总

1 选修选修 3 33 3 知识点汇总知识点汇总 1 两种分子模型 1 固体 液体分子一个一个紧密排列 可将分子看成球形或立方体形 如图所示 分子间距等于小球的直 径或立方体的棱长 所以d 球体模型 或d 立方体模型 3 6V 3 V 2 气体分子不是一个一个紧密排列的 它们之间的距离很大 所以气体分 子的大小不等于分子所占有的平均空间 不能求出气体分子的大小 如图 所示 此时每个分子占有的空间视为棱长为d的立方体 所以d 3 V 2 用油膜法估测分子的大小 1 实验原理 当把一滴用酒精稀释过的油酸滴在水面上时 油酸就在水面上散开 其中的酒 精溶于水中并很快挥发 在水面上形成一层纯油酸的单层分子薄膜 如果把分子看成小球 单层分子油膜的 厚度就可以认为等于油酸分子的直径 如图所示 实验中如果算出一定体积 V 的油酸在水面上形成的单分 子油膜的面积 S 即可算出油酸分子直径的大小 即 V d S 2 实验器材 清水 酒精 油酸 量筒 浅盘 边长约为 注射器 或滴管 玻璃板 彩笔 30 40cmcm 痱子粉 或细石膏粉 坐标纸 容量瓶 500mL 3 实验步骤 用稀酒精溶液及清水清洗浅盘 充分洗去油污 粉尘 以减少实验误差 配制油酸酒精溶液 取纯油酸 1mL 注入 500mL 的容量瓶中 然后向容量瓶内注入酒精 直到液面达到 500mL 刻度线 摇动容量瓶 使油酸分子充分与酒精分子结合 这样就得到了体积浓度约为 0 2 的油酸酒精溶液 用注射器或滴管将油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中 并记下量筒内增加一定体积时的滴数 N 向浅盘里倒入约 2cm 深的水 并将痱子粉或细石膏粉均匀地撒在水面上 用注射器或滴管将 1 滴油酸酒精溶液滴在水面上 待油酸薄膜的形状稳定后 将玻璃板放在浅盘上 并将油酸薄膜的形状用彩笔画在玻璃板上 将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上 计算轮廓范围内正方形的个数 不足半个的舍去 多于半个的 算 个 算出油膜的面积 S 根据油酸酒精溶液的浓度 算出 1 滴溶液中纯油酸的体积 V 并代入公式算出油酸薄膜的厚度 d V d S 4 数据处理 计算方法 1 滴油酸酒精溶液的平均体积 V V N N 滴油酸酒精溶液的体积 1 滴油酸酒精溶液中含纯油酸的体积 V VV 油酸酒精溶液的体积比 纯油酸体积 体积比 溶液的体积 油膜的面积 n 为有效格数 小方格的边长为 1cm 2 1Sncm 分子直径 代入数据时注意单位的统一 V d S 5 实验注意事项 油酸酒精溶液配制好后不要长时间放置 以免改变浓度 造成较大的实验误差 实验前应注意 浅盘是否干净 否则难以形成油膜 浅盘中的水应保持平衡 痱子粉应均匀撒在水面上 向水面滴油酸酒精溶液时 应靠近水面 不能离水面太高 否则油膜难以形成 2 待测油酸液面扩散后又收缩 要在稳定后再画轮廓 本实验只要求估算分子大小 实验结果数量级符合要求即可 3 阿伏加德罗常数 1 1mol 的任何物质都含有相同的粒子数 这个数量可以用阿伏加德罗常数来表示 常取 NA 6 02 1023mol 1 阿伏加德罗常数是联系微观物理量和宏观物理量的桥梁 微观物理量有 分子体积 分子直径 分 0 Vd 子质量等 宏观物理量有 物体体积 摩尔体积 物体质量 摩尔质量物质密度等 0 mV m VmM 2 利用阿伏加德罗常数可计算下列物理量 分子的质量 0 m AA VM m NN 分子的体积 仅适用于固体和液体 对于气体 Vo 为一个分子占据空间的体积 0 m AA VM V NN 物体所含的分子数 或 AA mm Vm NNN VV AA AA mV NNN MM AA 气体分子间的平均距离 Vo 为气体分子所占据空间的体积 3 3 0 m A V dV N 固体 液体分子直径 33 0 66 m A VV d N 分子的热运动 扩散现象布朗运动 定义不同物质能够彼此进入对方的现象悬浮在液体 或气体 中的固体微粒的无规则运动 产生原因 是分子无规则运动的直接结果 是 分子无规则运动的宏观反映 大量液体 或气体 分子对悬浮微粒的撞击的不平衡导 致的 影响因素 1 温度 温度越高扩散越快 2 浓 度 从浓度高处向浓度低处扩散 浓度差越大 扩散越显著 3 物态 气态物质的扩散现象最快 最显 著 固态物质的扩散现象最慢 短时间内非常不明显 液态物质 的扩散现象明显程度 介于气态与 固态之间 1 温度 温度越高 布朗运动越明显 温度越高 液体 分子运动的平均速率越大 对悬浮于其中的微粒的撞击 作用也越大 因此温度越高 布朗运动越剧烈 2 固 体微粒的大小 微粒越小布朗运动越明显 悬浮微粒 越小 某时刻与它相撞的分子数越少 来自各方向的冲 击力越不平衡 另外微粒越小 其质量也就越小 相同冲 击力下产生的加速度也越大 因此微粒越小 布朗运 动越明显 微观机制 扩散现象说明了分子都在永不停息 地做无规则运动 布朗运动是悬浮微粒的无规则运动 不是分子的无规 则运动 但间接反映了液体 或气体 分子的无规则运动 相同点 1 产生的根本原因相同 都是分子永不停息地做无规则运点动 2 它们都随温度的升高而表现得越明显 1 热运动 定义 物理学中把分子永不停息的无规则运动叫热运动 特点 1 永不停息 2 无规则运动 3 剧烈程度与温度有关 温度越高 热运动越剧烈 实验证据 扩散现象 布朗运动 2 布朗运动和热运动的比较 布朗运动热运动 研究对象是固体微粒 微粒 越小 布朗运动越 明显 在液体 气体中发生 研究对象是分子 任何物体的分子都做无规则运 动区别 使用光学显微镜观察使用电子显微镜观察 3 相同点 无规则运动 永不停息 与温度有关 温度越高运动越剧烈 联系周围液体 或气体 分子的热运动是布朗运动产生的原因 布朗运动是热运动的宏观表现 注意 扩散现象的显著程度浓度有关 当两种物质一定的前提下 当两部分的分子分布浓度相同时 浓度不 再变化 宏观上扩散停止 但分子运动并没有停止 因此这种状态是一种动态平衡 布朗运动是悬浮的固体颗粒的运动 不是单个分子的运动 但布朗运动间接反映周围液体或气体分子的 运动 布朗运动中悬浮在液体或气体中的微粒是人的肉眼不能直接观察到的 3 热运动 热运动是分子的运动 但热运动是对大量分子而言的 对个别分子来说热运动无意义 分子热运动是扩散现象形成的直接原因 布朗运动是分子热运动的间接反映 特别注意不能说扩散现象 布朗运动是热运动 分子间的作用力 1 1 分子间有空隙 扩散现象和布朗运动表明分子永不停息地做无规则运动 同时也反映了分子间有空隙 假若分子间无空隙 则无规则运动无法实现 物体的热胀冷缩现象正是由于物体分子间的空隙增大或缩小造成的 这是气体 液体和固体所共有的现象 2 分子间作用力的分析 从宏观上 解释 固体有一定体积和形状 且很难被拉断 说明分子间有引力存在 分子间有空隙 但用力压缩物体 物体不易被压缩 说明分子间有斥力存在 从微观上 解释 分子间虽然有空隙 但大量分子却能聚集在一起形成固体或液体 说明分子之间存在着引力 分子间有引力 而分子间又有空隙 没有紧紧吸在起 这说明分子间还存在着斥力 2 分子间的作用力的理解 1 分子间同时存在相互作用的引力和斥力 宏观表现的分子力是分子间引力和斥力的 合力 2 为分子间引力和斥力大小相等时的距离 其数量级为 此时分子并不是 o r 10 10m 静止不动而是在平衡位置附近振动 3 分子间的引力和斥力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 但是斥力变化得较快 分子动理论 内容 物体是由大量分子组成的 分子在永不停息地做无规则运动 分子之间存在着引力和斥力 实验依据 扩散现象 布朗运动 平衡态与热平衡 1 平衡态 1 热力学的平衡态是一种动态平衡 组成系统的分子仍在不停地做无规则运动 只是分子运动的平均效果不 随时间变化 表现为系统的宏观性质不随时间变化 2 平衡态是一种理想情况 因为任何系统完全不受外界影响是不可能的 3 平衡态的特点 系统温度 压强 体积不发生变化 2 热平衡 相互接触的两个系统 各自的状态参量将会相互影响而分别改变 最后 两个系统的状态参量将不 再变化 我们就说两个系统达到了热平衡 一切达到热平衡的系统都具有相同的温度 所以两个系统达到热平 衡的标准是系统具有相同的温度 3 平衡态与热平衡概念的区别 4 1 平衡态不是热平衡 平衡态是对某一系统而言的 热平学衡是对两个接触的系统而言的 2 分别处于平衡态的两个系统在相互接触时 它们的状态解可能会发生变化 直到温度相同时 两系统便达 到了热平衡 达到热平衡的两个系统都处于平衡态 说明 两个系统达到热平衡后再把它们分开 如果分开后它们都不受外界影响 再把它们重新接触 它们的 状态不会发生新的变化 因此 热平衡概念也适用用两个原来没有修发生过作用的系统 因此可以说 只要 两个系统在接触时它们的状态不发生变化 我们就记说两个系统原来是处于热平衡的 4 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 这个结论称为热平衡定律 温度和温标 1 温度 处于热平衡的系统之间有一 共同热学性质 即温度 1 宏观上 表示物体的冷热程度 2 微观上 反映分子热运动的剧烈程度 3 一切达到热平衡的物体都具有相同的温度 2 温标 摄氏温标热力学温标 提出者摄尔修斯开尔文 零度的规定一个标准大气压下冰水混合物的温度 273 15 温度名称摄氏温度热力学温度 温度符号 tT 单位名称摄氏度开尔文 单位符号 K 关系 1 T t 273 15K 粗略表示 T t 273K 关系 2 每一开尔文的大小与每一摄氏度的大小相等 3 温度与温标的应用 1 温度变化 1 与变化 1K 是等效的 即 T t 但 T t 273 15K 2 绝对零度 273 15 0 K 是低温的极限 绝对零度是温度理论上的极限 只能无限接近 不能达到 分子动能 定义分子由于无规则运动而具有的能量叫做分子动能 单个分 子的动 能 1 物体由大量分子组成 每个分子都有分子动能 2 分子在永不停息地做无规则热运动 每个分子的动能大小不同 并且时刻在变化 3 热现象是大量分子无规则运动的统计结果 个别分子的动能没有实际意义 对分子 动能的 理解 分子的 平均动 能 1 温度是大量分子无规则热运动的宏观表现 具有统计意义 温度升高 分子的平均 动能增大 但不是每一个分子的动能都增大 个别分子的动能可能增大 也可能减小 但总体平均动能上所有分子的动能之和一定是增加的 2 虽然同一温度下 不同物质的分子热运动的平均动能相同 但由于不同物质的分子 质量不尽相同 平均速率大小一般不相同 分子势能 定义分子间由分子力和分子间的相对位置决定的势能 分子势能的特点 由分子间的相对位置决定 随分子间距离的变化而变化 分子势能是标量 正负表 示的是大小 具体的值与零势能的选择有关 分子势能与分子力 做功 分子力做正功时 分子势能减少 分子力做负功时 分子势能增加 取分子间距离 无限远时分子势能为零值 一般两分子间距离 时分子势能均视为零 r 0 10r 图示 分子间距离在小于平衡距离时 分子势能最大值在零 距离处 分子距离在大于平衡距离时 分子势能最大值在 无穷远处 分子间距离在无穷远处引力和斥力都为零 引 力引起的势能最大 分子间距离在无穷近处引力和斥力最 大 斥力引起的势能最大 0 r r 分子力表现为斥力 随着的减小 分子斥力做负功 分子势能增大r 分子势 能与分 子间的 距离的 关系 0 rr 分子力为零 分子势能最小 但不为零 在此位置左右分子间距离不论减小r 5 或增大 分子势能都增大 所以说平衡位置处是分子势能最低点 0 rr 分子力表现为引力 随着的增大 分子引力做负功 分子势能增大r 0 10rr 分子势能均视为零 宏观 分子势能跟物体的体积有关 物体的体积变化 物体的势能会变化 但不能说体积 变大 分子势能一定变大 要视具体的物质而定 影响因 素 微观分子势能跟分子间距离 r 有关 分子势能与的关系不是单调变化的 r 内能 1 内能的概念及决定因素 1 物体的内能 物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和 2 任何物体都具有内能 因为一切物体都是由不停地做无规则热运动且相互作用着的分子所组成的 3 决定物体内能的因素 从宏观上看 物体内能的大小由物体的物质的量 温度和体积三个因素决定 从微观上看 物体内能的大小由组成物体的分子总数 分子热运动的剧烈程度和分子间的距离三个因素决定 2 内能与机械能的区别和联系 项目内能机械能 对应的运动形式微观分子的热运动宏观物体的机械运动 能量常见形式分子动能 分子势能物体的动能 重力势能和弹性势能 能量存在的原因 由物体内大量分子的热运动和分子 间相对位置决定 由于物体做机械运动 被举高或发生弹性形 变 影响因素 物质的量 物体的温度和体积物体的质量 机械运动的速度 离地高度 或相对于零势能面的高度 和弹性形变程度 是否为零永远不能等于零一定条件下可以等于零 联系在一定条件下可以相互转化 3 对物体内能的大小及内能改变的分析 具体比较和判断时 必须抓住物体内能的大小与分子数目 温度 物体的体积及物态等因素有关 结合 能量转化和守恒定律 综合进行分析 1 当物体质量一定时 相同物质的摩尔质量相等 物体所含分子数就一定 mMn 2 当物体温度一定时 物体内部分子的平均动能就一定 3 当物体的体积不变时 物体内部分子间的相对位置就不变 分子势能也不变 4 当物体发生物态变化时 要吸收或放出热量 使物体的温度或体积发生改变 物体的内能也随之变化 气体的状态参量 参量体积温度压强 定义 气体体积就是气体分子所 能达到的空间的体积 宏观上温度表示物体的冷热程度 微观 上温度是物体分子平均动能的标志 气体作用在单位面积器 壁上的压力 单位 m L ml KPa atm mmhg 关系 一定质量的气体 三个参量一定 气体处于一定的状态 如果三个量都发生变化或其中两个量发 生变化 则气体状态发生变化 只有一个参量发生变化是不可能的 1 容器处于平衡状态时封闭气体压强的计算 1 取等压面法 根据同种液体在同一水平液面处压强相等 在连通器内灵活选取等压面 由两侧压强相等列 方程求解压强 例如 图中 同一水平液面 C D 处压强相等 故 0Ah ppp 这是依据连通器原理 在连通器中 同一液体 只有一种液体且液体不流动 的同一水平液 面上的压强相等 2 参考液片法 选取假想的液体薄片 自身重力不计 为研 究对象 分析液片两侧受力情 6 况 建立平衡方程消去面积 得到液片两侧压强相等 进而求得气体压强 例如 图中粗细均匀的 U 形管中封闭了一定质量的气体 A 在其最低处取一液片 B 由其两侧受力平衡可 知 即 00 A PghSPoghghS 0A gpph 3 力平衡法 选与封闭气体接触的液柱 或活塞 汽缸 为研究对象进行受力分析 由列式求气体压强 0F 合 说明 1 在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强时 应精别注意 h 表示液面间的竖直高度差 Pgh 不一规定是液柱长度 2 求由液体封闭的气体压强 应选择最低液面列总平衡方程 3 若选取的是一个参考液片 则液片自身重力不计 若选取的是某段液柱咸固体 则其自身重力也要考虑 4 计算对注意单位的正确使用 2 容器加速运动时封闭气体压强的计算 当容器加速运动时 通常选与气体相关联的活塞 汽缸 液柱为研究对象进行受力分析 然后由牛顿第 二定律列方程 求出封闭气体的压强 玻意耳定律 1 内容 一定质量的某种气体 在温度不变的情况下 压强与体积成反比 pV 2 数学表达式或 1 122 pVp V pVC 3 适用条件 1 气体质量不变 温度不变 2 气体温度不太低 压强不太大 5 玻意耳定律的推广 1 玻意耳定律的推广式 将某气体在保持总质量 温度不变的情况下分成了若干部分 p V M 则有 111 p V M 222 p V M nnn p V M 1 122nn pVpVp Vp V 2 充气问题 研究对象的选取方法 如果打气时每一次打入的气体质量 体积和压强均相同 则可设想用一容积为 的打气筒将压强为的气体一次打入容器与打次气等效代替 研究对象应为容器中原有的气体和 0 nV 0 pn 次打入的气体总和 表达式 整个过程为等温压缩过程n 00 p nVVPV 容容 3 抽气问题 从容器内抽气的过程中 容器内的气体质量不断减小 这属于变质量的问题 研究对象 每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象 表达式 整个过程可看成等温膨胀过程 第一次 第二次 010 p VP VV 容容120 pVP VV 容容 4 关于灌气问题 个大容器里的气体分装到多个小容器的问题 也是一个典型的变质量问题 研究对象 大容器的气体和多个小容器中的气体看做整体作为研究对象 表达式 12 n pVp VVVV 容容 7 等容变化 1 等容变化 一定质量的某种气体 在体积保持不变的情况下发生的状态变化过程 2 查理定律 内容一定质量的某种气体 在体积不变的情况下 压强与热力学温度成正比pT 表达式 或 p C T 12 12 pp TT 11 12 pT pT 说明 一定质量的某种气体在等容变化过程中 压强跟热力学温度成正比例关系 但是不与摄氏pTp 温度成正比 压强的变化量与摄氏温度的变化量成正比p t 等压变化 1 等压变化 一定质量的气体在压强不变的情况下发生的状态变化过程 2 盖一吕萨克定律 内容一定质量的某种气体 在压强不变的情况下 其体积与热力学温度成正比VT 表达式 或 V C T 12 12 VV TT 11 22 VT VT 说明 一定质量的某种气体在等压变化过程中 与热力学温度成正比 不与摄氏温度 成正比 VTt 但体积的变化量与摄氏温度的变化量成正比V t 由温度变化引起的水银柱移动问题的分析方法 水银柱移动的方向是热学中常见的一类问题 由于气体温度的变化引起的水银柱的移动问题 可以先 假定水银柱两侧气体的体积不变 那么 由于温度的变化 必然会引起气体压强的变化 比较这两部分气体压 强变化的大小 从而判断出水银柱移动的方向 常采用的分析方法有如下三种 1 极限推理法 对上部的气体压强进行极限推理 认为 上部为真空 升温时 增大 水银柱上移 反之 降温 2 0p 1 p 时减小 水银柱下移 1 p 2 假设法 当气体的状态参量发生变化而使水银柱可能发版生移动时 先假定其中一个参量 一般为体积 不变 也 就是假设水银柱先不动 以此为前提 再运用相应的气体实验定律 如查理定律 进行分析讨论 看讨论的结 果是否跟假设相符 若相符 说明原假设成立 若不相符 出现了矛盾 说明原假设不成立 解决了 此矛盾从而就能推出正确的结论 分析的关键在于合理选择研究对象 正确进行受力分析 然后通 过比较作出判断 例如 如图所示 水银柱原来处于平衡状所受合外力为 0 即此时两部分气体的压强差 温度升高时 两部分气体的压强都增大 假设水银柱不动 两部分气体都为等容变化 可 12 ppp 推得 若 则水银柱所受合外力方向向上 应向上移动 若 则水银柱向下移 T pp T 12 pp 12 pp 动 若 则水银柱不动 显然如果升高相同的温度 水银柱将向上移动 12 pp 3 图象法 判断水银柱移动还可用图象法 仍假设水银柱不动 两部分气体都为等pT 容变化 在同一坐标系中画出两段气柱的等容线 如图所示 在温度相同时pT 8 得气柱 l 等容线的斜率较大 当两气柱升高相同的温度时 其压强的增量 所以水银 12 pp T 12 pp 柱将上移 理想气体状态方程 1 理想气体 定义在任何温度 任何压强下都遵从气体实验定律的气体 实际气体可看成 理想气体的条件 温度不太低 压强不太大 宏观 理想气体是一种理想化模型 是对实际气体的科学抽象 理想气体严格遵从气体实验观定律 特点 微观 理想气体分子本身的大小可以忽略不计 分子可视为质点 理想气体分子除碰撞外 无相互作用的引力和斥力 从能量上看 理想气体忽略了分子力 故无分子势能 理想气体的内能等于 所有分子热运动的动能之和 一定质量的理想气体的内能只与温度有关 2 理想气体状态方程 内容 一定质量的某种理想气体 在从状态 1 变化到状态 2 时 尽管其 都可能改变 但pVT 是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变 公式 或 为常量 1 122 12 pVp V TT pV C T C 与气体实验定 律的关系 气体的三个实验定律是理想气体状态方程的特例 当不变时 玻意耳定律 当不变时 查理定律 T 1 122 pVp V V 12 12 pp TT 当不变时 盖一吕萨克定律 p 12 12 VV TT 说明 1 公式的适用条件 在压强不太大 温度不太低时成立 2 式中的常量 C 由气体的种类和质量决定 与其他参量无关 pV C T 3 应用理想气体状态方程解题的一般步骤 明确研究对象 即一定质量的理想气体 确定初 末状态的参量及 111 pVT 222 pVT 根据理想气体状态方程列式求解 当不变时 当不变时 当不变时 T 1 122 pVp V V 12 12 pp TT p 12 12 VV TT 讨论结果的合理性 4 应用理想气体状态方程解决两部分气体相关联的问题要注意 1 要把两部分气体分开看待 分别对每一部分气体分析初 末状态的 情况 分别列出相应的方程pVT 应用相应的定律 规律 切不可将两部分气体视为两种状态 2 要找出两部分气体之间的联系 如总体积不变 平衡时压强相等等 5 理想气体状态方程的推广 分态式理想气体状态方程 此方程等号两边所取气体的质量必须相等 001 122 012 nn n p Vp VpVp V TTTT 证明 设有一定质量的理想气体 其压强为 体积为 热力学温度为 保持各容器内的压强为 0 p 0 V 0 T 0 p 9 温度不变 将该气体分装于个体积分别为 的容器内 则有 0 Tn 1 V 2 V n V 001201020 00000 nn p VVVVp Vp Vp V TTTTT 对于每一个容器内的气体来说 状态分别变为 则对每部分气体 111 p V T 222 p V T nnn p V T 应用理想气体状态方程有 011 1 01 p VpV TT 0222 02 p Vp V TT 0 0 nnn n p Vp V TT 所以有 001 122 012 nn n p Vp VpVp V TTTT 6 理想气体三种状态变化图象的描逃 名称图象特点其他图象 pV 其中为常量 下同 即pVCT C 之积越大的等温线温度越高 线离原pV 点越远 等 温 线 1 p V 斜率 即斜率越大 1 pCT V kCT T 温度越高 pT 斜率 即 斜率越大 体 C pT V C k V 积越小等 容 线 pt 图线的延长线不均过点 273 15 0 斜率越大 对应的体积越小 VT 斜率 即 斜率越大 压 C VT p C k p 强越小等 压 线 Vt 与 呈线性关系图线的延长线均过点Vt 斜率越大 对应的压强 273 15 0 越小 图中 21 pp 气体热现象的微观意义 1 1 气体分子运动的特点 自由性 分子很小 间距很大 除碰撞外 不受力 做匀速直线运动 无序性 分子密度大 碰撞频繁 分子运动杂乱无章 规律性 分子能充满到达的空间 向各个方向运动的分子数相等 分子速 率分布 中间多 两头少 2 理解气体分子运动的特点 气体分子速率分布规律是大量气体分子遵从的统计规律 个别分子的运动具有不确定性 温度是分子平均动能的标志 不同气体分子 只要温度相同 其平均动能就相同 理想气体间作用力忽略不计 没有分子势能 理想气体的内能等于所有分子动能之和 所以一定质量的理想 气体的内能只与温度有关 10 2 气体温度的微观意义 1 当温度升高时 速率大的分子数增多 速率小的分子数减少 分子的平均速率增大 平均动能也增大 2 理想气体的热力学温度与分子的平均动能成比 即 是比例常数 TKEKTaE a 3 气体压强的微观意义 产生原因大量气体分子无规则运动碰撞器壁 形成对容器各处均匀持续的压力而产生压强 微观因 素 气体分子的密集程度 气体分子密集程度大 在单位时间内 与单位面积器壁碰撞的分 子数就多 气体压强就越大 气体分子的平均动能 气体的温度观高 气体分子的平均动能就大 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 从另一方定面讲 分子的平均速率大 在单位 时间内器壁受气体分子撞击的次数就多 气体压强就越大 决 定 因 素 宏观因 素 与温度有关 在体积不变的情况下 温度越高 气观体分子的平均动能越大 气体的压强 越大 与体因积有关 在温度不变的情况下 体积越小 气体分子素的密度越大 气体的 压强越大 理解气体压强的微观意义 1 气体压强产生的原因是大量气体分子无规则运动碰撞器壁的结果 如果单位时间内碰撞到单位面积器壁 上的分子数目越多 每次碰撞的冲力越大 气体的压强就越大 2 对有关气体压强微观意义的问题的分析 要抓住气体压强的两个微观决定因素 即分子平均动能和分子密 集程度 4 气体实验定律的微观解释 玻意耳定律 一定质量的气体 温度保持不变时 分子的平均动能是一定的 在这种情况下 体积减 小时 分子的密集程度增大 气体的压强就增大 查理定律 一定质量的气体 体积保持不变时 分子的密集程度保持不变 在这种情况下 温度升 高时 分子的平均动能增大 气体的压强就增大 盖一吕萨克定律 一定质量的气体 温度升高时 分子的平均动能增大 只有气体的体积同时增大 使分 子的密集程度减小 才能保持压强不变 气体实验定律的微观解释 气体实验定律反映了描述气体状态的三个宏观物理量温度 体积 压强之间的关 系 有关气体实验定律微观解释的问题关键是要明确三个状态参量的决定因素 温度 分子平均动能 体积 分子密集程度 压强 分子平均动能和分子密集程度 晶体和非晶体 晶体 单晶体多晶体 非晶体 熔点有无 外形有规则无规则无规则 物理性质各向异性各向同性各向同性 分子排列有规则无规则 代表物质石英 云母 明矾 食盐 硫酸铜 蔗糖 味精等玻璃 蜂蜡 松香 沥青 橡胶等 形成与转 化 有的物质在不同的条件下能够形成不同的形态 同一种物质可能以晶体和非晶体两种不同 形成与转化的形态出现 也就是一种物质是晶体还是非晶体 并不是绝对的 许多非晶体在 一定的条件下可以转化为晶体 晶体与非晶体的区别主要表现在有无确定的熔点 而不能靠是否有规则的几何形状来辨别 1 晶体的微观结构 组成晶体的物质微粒 分子 原子或离子 是依照一定的规律在空间整齐地排列的 微粒的热运动特点表现为在一定的平衡位置附近不停地做微小的振动 实验证实 人们用 射线和电子显微镜对晶体的内部结构进行研究后 证实了这种假说是正确的 晶体中物质微粒的相互作用很强 微粒的热运动不足以克服它们间的相互作用而远离 11 晶体的微观结构决定了其宏观物理性质 改变物质的微观结构从而改变物质的属性 如碳原子可以组 成性质差别很大的石墨和金刚石 有些晶体和非晶体在一定条件下可以相互转化 2 用微观结构理论解释单晶体的特性 1 对各向异性的微观解释 如图所示 这是在一个平面上晶体物质微粒的排列情况 从图中可以看出 在沿不同方向所画的等长直 线 AB AC AD 上物质微粒的数目不同 直线 AB 上物质微粒较多 直线 AD 上较少 直线 AC 上更少 正因为 在不同方向上物质微粒的排列情况不同 才引起单晶体在不同方向上的物理性质的不同 2 对熔点的解释 给晶体加热到一定温度时 一部分微粒具有足够大的动能克服微粒间的相互作用 离开振 动的平衡位置 使规则的排列被破坏 晶体开始熔化 熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列 从能 量角度来看是增加了分子势能 温度并不发生变化 3 对物质能形成几种晶体的解释 同一种物质能形成几种晶体 这是由于它们的物质微粒能够形成不同的晶体结构 例如碳原子按不同的 结构排列可形成石墨和金刚石 二者在物理性质上有很大不同 4 多晶体的微观结构及对其性质的解释 多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体 晶粒 组成的 平常见到的各种金属材料都是多晶体 把 纯铁做成的样品放在显微镜下观察 可以看到它是由许许多多晶粒组成的 晶粒有大有小 最小的只有 10 5cm 最 大的也不超过 10 3cm 每个晶粒都是一个小单晶体 具有各向异性的物理性质和规则的几何形状 因为大量晶 粒杂乱无章地排列 所以多晶体没有规则的几何形状 也不显示各向异性 它在不同方向的物理性质是相同 的 即各向同性 3 晶体微观结构的理解 物质的微观结构决定了其宏观性质 晶体分子 或原子 离子 的规则排列 组成多晶体的小晶粒的无规 则排列 非晶体微粒的无规则排列决定了它们宏观物理性质的不同 液体的表面张力 分子分布特点由于蒸发现象 液体表面层分子分布比内部分子稀疏 分子力特点 液体内部分子间引力 斥力基本上相等 而液体表面层分子之间距离较大 分子力表 现为引力 表面特性 表面层分子之间的引力使液面产生了表面张力使液体表面好像一层绷紧的膜 如果 在液体表面任意画一条线 MN 线两侧的液体之间的作用力是引力 它的作用是使液体 表面绷紧 所以叫做液体的表面张力 形成 方向与液面相切 垂直于液面上的各条分界线 作用 表面张力 实质是液体表面层内各部分间的相互吸引力是分子力的宏观表现 使液 体表面具有收缩趋势 使液体表面积趋于最小 而在体积相同的条件下 球形的表面 积最小 大小表面张力的大小除跟边界的长度有关外 还跟液体的种类 温度有关 注 表面张力是液体表面层大量分子力的宏观表现 表面张力使液面有收缩的趋势 故往往会误认为收缩后 实质上液体表面张力是液体表面居分子间距离大于分子间平衡距离时表现出的分子间的吸引力 0 rr r 0 r 液晶 定义 有些有机化合物像液体一样具有流动性 而其光学性质与定义某些晶体相似 具有各向异性 人们把处 于这种状态的物质叫液晶 性质 1 液晶具有液体的流动性 2 液晶具有晶体的各向异性 3 液晶分子的排列特点 从某个方向上看液 晶分子的排列比较整齐 但是从另一个方向看 液晶分子的排列是杂乱无章的 4 液晶的物理性质很 容易在外界的影响 如电场 压力 光照 温度等 下发生改变 应用液晶在生物医学 电子工业 航空工业中都有重要作用 12 饱和气与饱和汽压 1 动态平衡的实质 密闭容器中的液体 单位时间逸出液面的分子数和返回液面的分子数相等 即处于动态 平衡 并非分子运动停止 2 动态平衡是有条件的 外界条件变化时 原来的动态平衡状态被破坏 经过一段时间才能达到新的平衡 3 对动态平衡的理解 处于动态平衡时的蒸汽密度与温度有关 温度越高 达到动态平衡时的蒸汽密度越大 在密闭容器中的液体 最后必定与上方的蒸汽达到动态平衡状态 4 影响饱和汽压的因素 在一定温度下 饱和汽的分子数密度是一定的 因而饱和汽的压强也是一定的 这个 压强叫做这种液体的饱和汽压 说明 1 饱和汽压跟液体的种类有关 2 饱和汽压跟温度有关 饱和汽压随温度的升高而增大 3 饱和汽压跟体积无关 4 液体沸腾的条件就是饱和汽压与外部压强相等 液体的沸点是液 体的饱和汽压与外界压强相等时的温度 5 把未饱和汽变成饱和汽的方法 1 在体积不变的条件下 降低未饱和汽的温度 可以使在较高的温度时的未饱和汽变成较低温度时的饱和汽 如果继续降低温度 饱和汽会液化成液体 2 在温度不变的条件下 增大压强可以使未饱和汽变成饱和汽 注意 有些气体 只采用增大压强的方法不能将其液化 只有温度降到足够低时 才可能液化 在这个温 度以上 无论怎样增大压强 都不可能使其液化 这个温度叫做临界温度 一些气体的临界温度很低 因此获 得低温是使某些气体液化的前提 相对湿度 1 绝对湿度 空气的湿度可以用空气中所含水蒸气的压强来表示 这样表示的湿度叫做空气的绝对湿度 2 相对湿度 常用空气中水蒸气的压强与同一温度时水的饱和汽压之比来描述空气的潮湿程度 并把这个 比值叫做空气的相对湿度 即 水蒸气的实际压强 相对湿度 同温度水的饱和汽压 3 在绝对湿度不变的情况下 温度越高 相对湿度越小 人感觉越干燥 温度越低 相对湿度越大 人感觉越潮 湿 人们感受到的潮湿程度取决于相对湿度 而不是绝对湿度 功和内能 1 功与系统内能改变的关系 做功可以改变系统的内能 1 外界对系统做功 系统的内能增加 在绝热过程中 内能的增量就等于外界对系统做的功 即 21 UUUW A 2 系统对外界做功 系统的内能减少 在绝热过程中 系统对外界做多少功 内能就减少多少 即 WE A 2 在绝热过程中 功是系统内能转化的量度 3 功和内能的区别 1 功是能量转化的量度 是过程量 而内能是状态量 2 做功过程中 能量一定会发生转化 而内能不一定变化 3 内能变化时不一定有力做功 也可能是传热改变了物体的内能 物体的内能大 并不意味着做功多 4 做功与物体内能变化的关系 功改变物体内能的过程是其他形式的能 如机械能 与内能互转化的过程 在绝热过程中 外界对物体做 多少功 就有少其他形式的能转化为内能 物体的内能就增加多少 体的内能是指物体内所有分子热运动的动能和分子势能和 当物体温度变化时 分子平均动能变化 物 13 体体积变时 分子势能发生变化 即物体的内能是由它的状态决定的 且物体的内能变化只由初 末状态决定 与 中间过程及式无关 热和内能 1 传热与内能改变的关系 1 不仅对系统做功可以改变系统的热力学状态 单纯的对系统传热也能改变系统的热力学状态 所以热量是 在单纯的传热过程中系统内能变化的量度 2 在单纯传热中 系统从外界吸收多少热量 系统的内能就增加多少 系统向外界放出多少热量 系统的内 能就减少多少 即 21 UUUQ 2 传热改变物体内能的过程是物体间内能转移的过程 3 内能与热量的区别 内能是一个状态量 一个物体在不同的状态下具有不同的内能 而热量是一个过程量 它表示由于传热而 引起的内能变化过程中转移的能量 即内能的改变量 如果没有传热就无所谓热量 但此时物体仍有一定的 内能 例如 我们不能说 某物体在某温度时具有多少热量 4 做功和传热在改变物体内能上的比较 做功传热 内能变化 外界对物体做功 物体的内能增加 物体对外界做功 物体的内能减少 物体吸收热量 内能增加 物体放出热量 内能减 少 物理实质 其他形式的能与内能之间的转化不同物体间或同一物体的不同部分之间内能的转 移 相互联系做一定量的功或传递一定量的热量在改变内能的效果上是等效的 5 传热与物体内能改变的关系 内能从一个物体转移到另一个物体或者从一个物体的高温部分转移到低温部分 在这个过程中 吸收热 量的物体内能增加 放出热量的物体内能减少 内能转移的多少由热量来量度 即 UQ 6 温度 热量 功 内能 四个量之间的区别与联系 区别联系 热量和 温度 热量是系统内能变化的量度 而温度是系统内部大量分子做无 规则热运动的剧烈程度的标志 虽然传热的前提是两个系统 之间要有温度差但是传递的是热量 不是温度 传热过程中放出的热量多少与 温度差有一定的 关系 热量和 功 功与热量的物理本质不同 1 功与内能的关系 宏观运动分子热运动 力相互作用 2 热量与内能的关系 分子热运动分子热运动 热相互作用 热量和功都是系统内能变化的 量度 都是过程量 内能和 温度 从宏观看 温度表示的是物体的冷热程度 从微观看 温度反 映了分子热运动的剧烈烈程度 是分子平均动能的标志 只升 高物体的温度 其内能一定增加 两者相比 温度高的物体内能 不一定大 反过来内能大的物 体 温度也不一定高 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 表达式 UQW 3 热力学第一定律的符号规定UQW 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 一 系统对外界做功系统向外界放出热量系统的内能减少 注意 判断是否做功的方法 一般情况下外界对物体做功与否 需看物体的体积是否变化 14 1 若物体体积增大 表明物体对外界做功 2 若物体体积减小 表明外界对物体做功 0W 0W 4 对热力学第一定律的理解 1 热力学第一定律不仅反映了做功和传热这两种改变内能的方式是等效的 而且给出了内能的变化量与做 功和传热之间的定量关系 2 几种特殊情况 若过程是绝热的 即 则 物体内能的增加量等于外界对物体做的功 若外界对系统做正0Q UW 功 系统内能增加 为正值 若系统对外界做正功 系统内能减少 为负值 U U 若过程中不做功 即 则 物体内能的增加量等于物体从外界吸收的热量 0W UQ 若过程的始 末状态物体的内能不变 即 则 或 外界对物体做的功等于物0U WQ QW 体放出的热量 或物体吸收的热量等于物体对外界做的功 5 热力学第一定律的理解和应用 1 利用体积的变化分析做功问题 气体体积增大 气体对外界做功 气体体积减小 外界对气体做功 2 利用温度的变化分析理想气体内能的变化 一定量的理想气体的内能仅与温度有关 温度升高 内能增加 温度降低 内能减少 3 利用热力学第一定律判断是吸热还是放热 由热力学第定律 得 若已知气体UQW QUW 的做功情况和内能的变化情况 即可判断气体状态变化过程是吸热过程还是放热过程 能量守恒定律 1 内容 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 能量的总量保持不变 2 对能量守恒定律的理解 1 能量的存在形式及相互转化 各种运动形式都有对应的能 机械运动有机械能 分子的热运动有内能 还 有诸如电磁能 化学能 原子能等 各种形式的能 通过某种力做功可以相互转化 2 与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的 如物体的机械能守恒 必须是只有重力做功 而能量守恒 定律是没有条件的 它是一切自然界现象都遵守的基本规律 3 能量守恒定律的应用 1 能量守恒定律的两种表述形式 某种形式的能减少 一定有其他形式的能增加 且减少量和增加量一定相等 某个物体的能量减少 一定存在其他物体的能量增加 且减少量和增加量一定相等 4 热力学第一定律与能量守恒定律的关系 1 热力学第一定律揭示了功和热量与内能的变化之间的定量关系 同时也体现了功 热量和物体内能的变 化满足种守恒关系 因此热力学第一定律也是能量守恒定律的一种具体情况 2 两个定律都反映了能量在转化或转移过程中所遵循的种守恒关系 热力学第一定律常用于热力学系统中 的能量转化或转移问题 而能量守恒定律则适用于一