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高中物理3-3热学知识点归纳(全面、很好)

选修3-3热学知识点归纳

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

(2)分子质量

分子质量很小,一般分子质量的数量级是 (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:

设微观量为:分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m ;

宏观量为:物质体积V 、摩尔体积V 1、物质质量M 、摩尔质量μ、物质密度ρ. 分子质量:

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分子体积:

(对气体,V 0应为气体分子平均占据的空间大小)

分子直径: 球体模型: V d N =3A )2(34π 303A 6=6=π

πV N V d (固体、液体一般用此模型) 立方体模型:30=V d (气体一般用此模型)(对气体,d 理解为相邻分子间的平均距离) 分子的数量.A 1

A 1A A N V V N V M N V N M

n ====ρμρμ

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2. 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

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(注:上图中01r r =:数量级m 1010-)

4.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。

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(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=r 0即分子处于平衡位置时分子势能最小。不论r 从r 0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

1.晶体和非晶体

(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

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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。

(2)从微观看有如下特点

①液体分子密集在一起,具有体积不易压缩;

②分子间距接近固体分子,相互作用力很大;

③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;

④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:

①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。

②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。

③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

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

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ΔT =Δt,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

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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:

①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。

②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。

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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。

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:T

PV =恒量 或 2

22111T V P T V P = (含密度式:222111T P T P ρρ=) 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:RT M nRT PV μ=

= (R 为普适气体恒量,n 为摩尔数)

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:ΔE =W+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“+”。 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

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等温线(双曲线):一定质量的理想气体, a →b ,等温降压膨胀,内能不变,吸热等于对外做功。 b →c ,等容升温升压,不做功,吸热等于内能增加。 c →a ,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

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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,

a →

b ,等温降压膨胀,内能不变,吸热等于对外做功。 b →

c ,等容升温升压,不做功,吸热等于内能增加。

c →a ,等压降温收缩,外界做功和放热等于内能减少。

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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, a →b ,等温升压收缩,内能不变,外界做功等于放热。 b →c ,等压升温膨胀,吸热和对外做功等于内能增加。

c →a ,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 , T t ?=?

5.

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。

V

O T P

T P

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