高中热学、光学、原子物理知识结构

高中物理热学结构物质是由大量分子组成的 油膜法测分子的直径；分子直径数量级1010m，分子质量数量级1026kg 阿伏伽德罗常数 NA=6.0210 23mol1。是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把物质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。分子势能 分子间由相互作用力和相对位置决定的能量。分子势能在微观上决定着分子间距。宏观上决定着物体的体积V扩散 不同的物质相互接触时，彼此进入对方的现象。扩散现象说明了分子不停地做无规则运动及分子间有间隙。温度越高，扩散过程就越快，这说明温度越高，分子的无规则运动的速度就越大。改变物体内能的方式 做功：其他形式的能与内能转化；热传递：物体间(或物体各部分之间)内能的转移。二者虽然是等效，但本质不同。分子间作用力 分子间存在相互作用力，且引力和斥力同时存在，都随距离增大而减小。且斥力减小得快。分子间作用力的合力称之为分子力。热学的基本知识分子的动能： 分子由于热运动而具有的能量；由温度T决定。温度的微观含义：分子平均动能大小的标志，反映分子热运动的激烈程度物体的内能 组成物体的所有分子的动能和势能的总和；l 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。l 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无必然联系l 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）l 分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加。l 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。l 理想气体分子间作用力为零，分子势能为零，只有分子动能。热力学第一定律 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。即外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q等于物体内能的增加U，即U=Q+W。其中，当外界对物体做功时W取正，物体克服外力做功时W取负；当物体从外界吸热时Q取正，物体向外界放热时Q取负；U为正表示物体内能增加，U为负表示物体内能减小。分子热运动 分子永不停息地做无规则运动扩散现象；布朗运动能量守恒定律 能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。热和功物体的内能分子动理论布朗运动 悬浮在液体中的固体颗粒永不停息的无规则运动。注意：形成条件：微粒足够小。温度越高，运动越激烈。观察到的是固体微粒(非液体和固体分子)的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。实验中描绘的是某固体微粒每隔30s的位置连线，不是该微粒的运动轨迹。r=r0时，最小； rr0时，r增大，则分子力做功，分子势能增加，r减小，分子力做正功，势能减小； rr0时，r增大，则分子力做正功，势能减小，r减小，克服分子力做功，势能增加r0=1010m；r = r0时，f引=f斥；rr0时，f引f斥；rr0时，f引f斥。热力学第二定律 克劳修斯表述:不可能使热量由低温物体传递到高温物体，而不引起其他变化(按热传导的方向性表述)。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，而不引起其他变化（按机械能和内能转化过程的方向性表述）。第二类永动机(只从单一热源吸收热量，使之完全变为有用的功而不引起其他变化的热机。)是不可能制成的。热力学第二定律的微观解释:熵增加原理：一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，而熵值较大代表着较为无序，所以自发的宏观过程总是向无序度更大的方向发展。因此热力学第二定律也叫做熵增加原理。热力学第二定律的微观意义：一切自然过程总是沿着分子热运动无序性增大的方向进行。热力学第三定律：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。不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度。热力学第三定律不阻止人们想办法尽可能地接近绝对零度。物质是由大量分子组成的分子永不停息地做无规则运动分子间存在相互作用力压强 用分子动理论解释气体压强的产生（气体压强的微观意义）。气体的压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的。压强的大小跟两个因素有关： 气体分子的平均动能，分子的密集程度体积：气体的性质物质的量： 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。热力学温度(T)与摄氏温度(t)的关系 Tt+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概念 理想气体是一种理想化模型，其分子间距很大，不存在分子势能，分子间没有相互吸引和排斥，分子之间及分子与器壁之间发生的碰撞是完全弹性的，不造成动能损失。这种气体称为理想气体。理想气体状态方程 即克拉贝龙方程 气体的体积、压强、温度间的关系：，等温变化图线 等容变化图线 等压变化图线等温变化图线为双曲线的一支，等容(压)变化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饱和汽和饱和汽压 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动态平衡状态。把跟液体处于动态平衡的汽叫做饱和汽，把未达到饱和的汽叫未饱和汽。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。l 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。l 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l 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）汽气体状态描述气体的状态l 理想气体，由于不考虑分子间相互作用力，其内能仅由温度和分子总数决定，与气体的体积无关。温度越高，内能越大。l 理想气体与外界做功与否：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。l 理想气体内能变化情况看温度。l 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）l 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。因为分子运动是无规则的，某时刻它们的平均动能可能较大，另一时刻平均动能也可能较小，无稳定的“冷热程度”。l 1的O2和1的H2平均动能相同，1的O2小于1的H2平均速率。理想气体等温过程 玻意耳定律：PVC等容过程 查理定律： P / TC等压过程 盖吕萨克定律：V/ TC高中光学知识结构几何光学本影 半影 日食 月食 小孔成像发射光谱 由发光物体直接产生的光谱叫发射光谱。物理光学折射定律 光线从第一种媒质射入第二种媒质时,入射线、折射线与法线共面，且分居法线两侧；入射角(i)与折射角(r)正弦的比值为一常量n，n=sini/sinr (n由两种媒质种类决定)，称为第二种媒质对第一种媒质的折射率。如第一种媒质是空气或真空，n又称为第二种媒质的折射率。光的直线传播(均匀介质)光的反射反射定律 入射线、反射线与法线共面，且分居法线两侧，入射角=反射角。光的折射全反射现象 光线从空气或真空中射向其它媒质(n密n疏)时，当入射角临界角C时，折射光线完全消失,反射光最强.这种现象叫做全反射。SinC=1/n全反射棱射 横截面是等腰直角三角形的棱镜叫全反射棱镜。吸收光谱 连续光谱中某些波长的光被物质吸收后产生的光谱真空中光速 c = 3.0108米/秒平面镜成像 特点：成虚像;像与物等大小,正立,且与镜面位置对称。棱镜 光从玻璃棱镜的一个侧面射入，从另一个侧面射出时，出射光线跟入射光线相比，向底面偏折。明线光谱（线状谱） 由一些不连续的亮线组成的光谱。各种元素都有一定的线状谱，元素不同，线状谱不同，故又称原子光谱。光的色散 一束白光通过三棱镜后发生色散,形成按一定次序(红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫)排列的光谱。色散现象表明：白光是由各种单色光组成的复色光，同种媒质对不同色光的折射率不同，对紫光折射率最大，对红光折射率最小。光的本性光谱光的波动性光的粒子性连续光谱 由连续分布的一切波长的光组成的光谱。光谱分析 根据光谱来鉴别质和确定它的化学组成，这种方法叫光谱分析。做光谱分析时，可利用明线光谱也可以利用吸收光谱。光电效应 在光的照射下，物体发射电子的现象叫光电效应。特点：入射光的频率必须大于被照射金属的极限频率，才可以发生；光电子的最大初动能随入射光的频率增大而增大；光电子的发射是光照瞬间进行的；光电流的强度与入射光强度成正比。光子 光在空间传播不是连续的，是一份一份的，每一份叫做一个光子。光子的能量E=hv，h=6.631034焦秒，称普朗克常量。爱因斯坦的光电方程：hvW=mv2，其中W为逸出功，mv2为光电子最大初动能。光的衍射光的干涉（双缝干涉、薄膜干涉）干涉的应用光的波粒二象性 光既有波动性，又有粒子性，故认为光具有波粒二象性（这里的波动性和粒子性都是微观世界中的意义）。电磁波谱 无线电波、红外线、可见光、紫外线、伦琴射线、r射线，由低频到高频，构成了范围非常广阔的电磁波谱。高中原子物理学知识结构原子的结构原子核天然放射线射线: 粒子流。粒子就是氦原子核,贯穿本领小,电离作用强。射线:高速电子流。粒子就是电子，贯穿本领强，电离作用弱。射线:波长极短的电磁波。贯穿本领很强，电离作用很小。汤姆生原子模型a粒子散射实验 实验的结果是：绝大多数a粒子穿过金箔后仍沿原来的方向前进，少数a粒子发生了较大的偏转，极少数a粒子偏转角超过了90，极个别的甚至被弹回，偏转角几乎是180原子核的衰变 指原子核由于放出某种粒子而转变为新核的变化。半衰期 指放射性元素的原子核有半数发生衰变需要的时间。卢瑟福核式结构模型 在原子的中心有一个很小的核叫原子核，原子核集中了原子的全部正电荷和几乎全部的质量，带负电的电子在核外绕核旋转。玻尔理论1、原子只能处于一系列不连续的能量状态中，这些状态称为定态。2、原子从一种定态跃迁到另一种定态时，辐射(或吸收)一定频率的光子。光子的能量 hv=E初E终。(各定态的能量值叫能级。)3、原子的不同能量状态与电子沿不同半径圆轨道绕核运动相对应。能量不连续，故可能的电子轨道也不连续。核能利用l 重核裂变如： 一个铀核裂变时，放出的几个中子如能再引起其他铀核裂变，就可以使裂变不断地进行下去，这称为链式反应。（核反应堆、