高中物理热学知识点归纳.doc

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： 分子体积:（对气体V0应为气体分子平均占据的空间大小）分子直径:球体模型: （固体、液体一般用此模型）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离）分子的数量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） 扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象。本质：由物质分子的无规则运动产生的。（3）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。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。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。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。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的关系如图 （注：上图中：数量级）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。(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如右图三、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表面层和附着层（1）表面层：液体跟气体接触的表面存在一个薄层。处于表面层的液体分子，一方面受到上方气体分子作用，另一方面又受到下方液体分子作用。而液体分子比气体比气体分子的作用强，所以，表面层里的分子排列比液体内部要稀疏些，分子间距离较液体内部也大一点。在表面层里，分子间距大，分子间的相互作用力表现为引力。（2）附着层：液体和固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层。3液体的表面张力如果在液体表面任意画一条线（如右图），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。 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。4浸润与不浸润现象的分析定义现象微观解释说明浸润一种液体会浸湿某种固体并附着在固体的表面上如果附着层的液体分子比液体内部的分子密集，附着层内液体分子间的距离小于分子力平衡的距离r0，附着层内分子间的作用力表现为斥力，附着层有扩展的趋势，表现为液体浸润固体一种液体是否浸润某种固体，与这两种物质的性质都具有关，例如：水可以浸润玻璃，但不能浸润蜂蜡；水银可以浸润铅和锌，但不浸润玻璃不浸润一种液体不会浸湿某种固体，也就不会附着在这种固体的表面，这种现象叫作不浸润如果附着层的液体分子比液体内部的分子稀疏，附着层内液体分子间的距离大于分子力平衡的距离r0，附着层内分子间的作用力表现为引力，附着层有收缩的趋势，表现为液体不浸润固体特别提醒：液体与固体接触时，附着层的液体分子除受液体内部的分子吸引外，还受到固体分子的吸引。浸润不浸润是两者合力的表现5毛细现象（1）定义：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。能够发生毛细现象的管叫作毛细管。毛细现象是液体对固体浸润和不浸润现象在细管中的体现。（2特点：对于一定的液体和一定材质的管壁，毛细管的内径越细，管内外液面差越大。不浸润液体在毛细管里下降浸润液体在毛细管里上升（3） 产生原因：毛细现象的产生与表面张力及浸润现象都有关系。如图甲所示，当毛细管插入浸润液体中时，附着层里分子间的排斥力使附着层沿壁管上升，这部分液体上升引起液面弯曲，呈凹形弯月面使液体表面变大，与此同时由于表面层的表面张力的收缩作用，管内液体也随之上升。直到表面张力向上的力与管内升高的液体的重力相等时，液体停止和上升，稳定在一定的高度。利用类似的分析，也可以解释不浸润液体在毛细管里下降额现象（如图乙所示）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、饱和汽与饱和汽压1动态平衡：在密闭的容器中，随着水分的不断蒸发，水面上方的分子数不断增多，回到水中的分子数也逐渐增多。最后，当气态水分子的数密度增大到一定程度时，就会达到这样的状态：在相同时间内回到水中的分子数等于从水面上飞出去的分子数。这时水蒸气的密度不再增大，液体水也不再减少，液体与气体之间达到了平衡状态，蒸发停止。这种平衡是一种动态平衡2饱和汽：与液体处于动态平衡的蒸汽叫作饱和汽。没有达到饱和状态的蒸汽叫作未饱和汽。3饱和汽压：在一定温度下，饱和汽的分子数密度是一定的，因为饱和汽的压强也是一定的，这个压强叫作这种液体的饱和汽压，未饱和汽的压强小于饱和汽压。饱和汽压随温度而变。温度升高时，液体分子的平均动能增大，单为时间里从液面飞出的分子数增多，原理的动态平衡被破坏，液体继续蒸发，蒸汽的压强继续增大，直至达到新的动态平衡。注意：(1)在实际问题中，水面上方不只有分子，还有空气中其他各种气体分子。这里说的饱和汽压，指的只是空气中水蒸气的分压强，与其他气体的压强无关。谈到其他液体的饱和汽压时，也是只指这种气体的分压强。(2)饱和汽压随温度的升高而升高，饱和汽压与蒸汽所占的体积无关，与该蒸汽中有无其他气体也无关(3)液体沸腾的条件就是饱和汽压和外部压强相等。沸点就是饱和汽压等于外部压强时的温度。因饱和汽压必须增大到和外部压强相等时才能沸腾，所以沸点随外部压强的增大而增大4临界温度：在某个温度上，无论怎样增大压强，都不可能使某种气体液化，这个温度叫作这种气体的临界温度。5绝对湿度：空气的湿度可以用空气中所含水蒸气的压强p来表示，这样表示的湿度叫作空气的绝对湿度。6相对湿度：在某一温度下，我们常用空气中水蒸气的压强p与同一温度时水的饱和汽压ps的比值来描述空气的潮湿程度，并把这个比值叫作空气的相对湿度。即相对湿度=公式为B=空气的湿度时表示空气潮湿程度的物理量。但影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受的因素，不是空气中水蒸气的绝对数量，而是空气中水蒸汽的压强与同一温度下水的饱和汽压的差距。所以绝对湿度不变时，空气中水蒸汽密度不变，温度越高，它离饱和的程度越远，越容易蒸发，人们感觉越干燥；相反，温度越低，越接近饱和状态，人们感觉越潮湿。六、 物态变化中的能量交换1 熔化与凝固（1） 物质从固态变成液态的过程叫熔化（2） 物质从液态变成固态的过程叫凝固（3） 熔化与凝固互为逆过程，熔化过程中要吸热，凝固过程中要放热2 熔化热：（1） 定义：某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比，称作这种晶体的熔化热（2） 公式：=Q/m，表示晶体的熔化热，Q表示晶体熔化过程中所需的能量，m表示该晶体的质量。（3） 单位：在国际单位中，熔化热的单为时焦耳/千克（J/kg）或千焦/千克（kJ/kg）3 对熔化过程的微观解释（1） 由于固体分子间的强大作用，固体分子只能在各自的平衡位置附近振动，对固体加热，在其熔化之前，获得的能量主要转化为分子的动能，使物体温度升高，当温度升高到一定程度时，一部分分子的能量足以克服其他分子的束缚，从而可以在其他分子间移动，固体开始熔化。（2） 不同的晶体有不同的空间点阵，要破坏不同物质的结构，所需的能量就不同，因此不同的晶体的熔化热不同。4 冰熔化热的重要意义冰的熔化热很大，1kg、0的冰熔化成0的水吸收的热量，相当于把1kg、0的水升高到80需要的热量。冰的这一特点对自然界有重要的意义，它使得初冬时，一个寒冷的夜晚不会把江河湖泊全部封冻起来，气温也不会骤然下降；初春时，一个阳光灿烂的晴天不会使冰雪全部融化，造成江河泛滥，气温也不会骤然升高。在日常生活中，人们利用冰熔化热大的特点在冷藏食品，冰镇饮料等。5 注意（1） 熔化过程时晶体刚到达熔点，到全部熔化这一段时间过程，而不是刚开始加热到晶体全部熔化的这一段时间过程（2） 晶体熔化过程中吸收热量，增大分子势能，破坏晶体结构，变为液态。所以熔化热与晶体的质量无关，只取决于晶体的种类，熔化热时晶体的热学特性之一。（3） 由能量守恒定律可知，一定质量的某种晶体，熔化时吸收的热量与固体凝固时放出的热量相等。（4） 非晶体在熔化过程中温度不断变化，而不同温度下物质由固态变为液态时吸收的热量时不同的，所以非晶体没有确定的熔化热（5） 晶体熔化过程中的熔点与熔化热都与外界气压有关，但由于晶体熔化过程中体积变化很小，因而影响不大。6 汽化与液化（1） 分物质从液态变成气态的过程叫汽化。汽化有蒸发和沸腾两种方式。（2） 物质从气态变成液态的过程叫液化。（3） 汽化和液化互为逆过程，汽化过程中要吸收大量的热，液化过程中要放出大量的热。7 汽化热（1） 某种液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比，叫作这种物质在这个温度下的汽化热。（2） 公式：L=Q/m，L表示汽化热，Q表示液体液化成同温度的气体时所需要的能量，m表示液体的质量。Q/(kJ·kg1)t/()0 100 200 300 400 2500 2000 1500 1000 500 （3） 单位：在国际单位制中，汽化热的单位时焦耳/千克（J/kg）或千焦/千克（kJ/kg）注意：（1） 不同物质的汽化热不相同，汽化热时物质热学特性之一。（2） 液体汽化时的汽化热与液体的物质种类、液体的温度、外界压强均有关。同种物质在某一温度下，压强不同，汽化热不同；同种物质在某一压强下，温度不不同，汽化热不同。如右图所示水在标准气压下汽化热随温度变化的图像。8 对汽化热的理解（1） 液体汽化时，液体分子离开液体表面，要客服其他分子的吸引力而做功，因此要吸收热量（2） 液体汽化时体积要增大很多，分子吸收的能量不只用于挣脱其他分子的束缚，还用于体积膨胀时客服外界气压做功，所以汽化热还与外界气体的压强有关。（3） 物质的汽化热通常指标准大气压下的沸点时的汽化热。（4） 由能量守恒定律可知，一定质量的物质，在一定的温度和压强下，汽化时吸收的热量与液化时放出的热量相等七、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。（2）气体分子速率分布曲线图像表示：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。（3）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。（4）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。（5）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。（6）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。 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 或 （含密度式：）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）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. 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。(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”。V P T1 T2 ac b O (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即Q=?E。 (4) 由图线讨论理想气体的功、热量和内能PTOacbV2V1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。 VTOacbP2P1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)：热量不能自发地由低温物体传递到高温物体。(热传 导有方向性)（3）机械能与内能转化表述(开尔文表述)：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功,而不产生其他影 响。(机械能与内能转化具有方向性)（4）热力学第二定律的微观意义：一切自发过程总是沿着分子热运动的无序增大的方向进行。4热力学第三定律：不可能通过有限的过程把一个物体冷却到零度（热力学零度不可达到）。T=t+273.15K， 5熵（用S表示）增加原理：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减少。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。S=kln ：宏观状态所对应的微观状态的数目；k：玻尔兹曼常数