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一、分子动理论
1、物体是由大量分子组成的
微观量:分子体积V0、分子直径d、分子质量m0
宏观量:物质体积V、摩尔体积VA、物体质量m、摩尔质量M、物质密度ρ。
联系桥梁:阿伏加德罗常数(NA=×1023mol-1)
分子质量:
(2)分子体积:(对气体,V0应为气体分子占据的空间大小)
(3)分子大小:(数量级10-10m)
(固、液体一般用此模型)
油膜法估测分子大小:—单分子油膜的面积,V—滴到水中的纯油酸的体积
立方体模型.(气体一般用此模型;对气体,d应理解为相邻分子间的平均距离)
注意: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);
气体分子间距很大,大小可忽略,不可估算大小,只能估算气体分子所占空间、分子质量。
(4)分子的数量:或者
2、分子永不停息地做无规则运动
(1)扩散现象:不同物质彼此进入对方的现象。温度越高,扩散越快。直接说明了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。
(2)布朗运动:悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动。
.
布朗运动是固体微粒的运动而不是固体微粒中分子的无规则运动.
②布朗运动反映液体分子的无规则运动但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,布朗运动越明显;温度越高,布朗运动越明显.
3、分子间存在相互作用的引力和斥力
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,实际表现出的分子力是分子引力和分子斥力的合力
③分子力的表现及变化,对于曲线注意两个距离,即平衡距离r0(约10-10m)与10r0。
(ⅰ)当分子间距离为r0时,分子力为零。
(ⅱ)当分子间距r>r0时,引力大于斥力,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
(ⅲ)当分子间距r<r0时,斥力大于引力,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
二、温度和内能
1、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。多数分子速率都在某个值附近,满足“中间多,两头少”的分布规律。
2、分子平均动能:物体内所有分子动能的平均值。①温度是分子平均动能大小的标志。
②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).
3、分子势能(1)一般规定无穷远处分子势能为零,
(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)分子势能与分子间距离r0关系
①当r>r0时,r增大,分子力为引力,分子力做负功分子势能增大。
②当r>r0时,r减小,分子力为斥力,分子力做负功分子势能增大。
③当r=r0(平衡距离)时,分子势能最小(为负值)
(3)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。(注意体积增大,分子势能不一定增大)
从微观上看:分子势能跟分子间距离r有关。
4、内能:物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和
(1)内能是状态量(2)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。
(3)物体的内能由物质的量(分子数量)、温度(分子平均动能)、体积(分子间势能)决定,.
三、热力学定律和能量守恒定律
1、改变物体内能的两种方式:做功和热传递。
①等效不等质: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。
②概念区别:温度、内能是状态量,热量和功则是过程量,热传递的前提条件是存在温差,传递的是热量而不是温度,实质上是内能的转移.
2、热力学第一定律
(1)内容:一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程,外界对物体做的功W与物体从外界吸收的热量Q之和等于物体的内能的增加量ΔU(2)数学表达式为:ΔU=W+Q
做功W
热量Q
内能的改变ΔU
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
(3)符号法则:
(4)绝热过程Q=0,关键词“绝热材料”或“变化迅速”
(5)对理想气体:①ΔU取决于温度变化,温度升高ΔU>0,温度降低ΔU<0②W取决于体积变化,v增大时,气体对外做功,W<0;v减小时,外界对气体做功,W>0;③特例:如果是气体向真空扩散,W=0
3、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的机器。(违背能量守恒定律)
4、热力学第二定律
(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:①“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。
②热量可以自发地从高温物体传向低温物体,热量却不能自发地从低温物体传向高温物体。
③热量可以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。
(3)热力学第二定律的两种表述
①克劳修斯表述:不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。
②开尔文表述:不可能从单一热源吸收热量,使之完全变为有用功而不引起其他变化。
(4)热机①热机是把内能转化为机械能的装置。其原理是热机从高温热源吸收热量Q1,推动活塞做功W,然后向低温热源(冷凝器)释放热量
Q2。(工作条件:需要两个热源)②由能量守恒定律可得:Q1=W+Q2③我们把热机做的功和它从热源吸收的热量的比值叫做热机效率,用η表示,即η=W/Q1④热机效率不可能达到100%
(5)第二类永动机①设想: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。
②第二类永动机不可能制成,不违反热力学第一定律或能量守恒定律,违反热力学第二定律。原因:尽管机械能可以全部转化为内能,但内能却不能全部转化成机械能而不引起其他变化;机械能和内能的转化过程具有方向性。
(6)推广:与热现象有关的宏观过程都是不可逆的。例如;扩散、气体向真空的膨胀、能量耗散。
(7)熵和熵增加原理
①热力学第二定律微观意义:一切自然过程总是沿着分子热运动无序程度增大的方向进行。
②熵:衡量系统无序程度的物理量,系统越混乱,无序程度越高,熵值越大。
③熵增加原理:在孤立系统中,一切不可逆过程必然朝着熵增加的方向进行。热力学第二定律也叫做熵增加原理。
(8)能量退降:在熵增加的同时,一切不可逆过程总是使能量逐渐丧失做功的本领,从可利用状态变成不可利用状态,能量的品质退化了。(另一种解释:在能量转化过程中,总伴随着内能的产生,分子无序程度增加,同时内能耗散到周围环境中,无法重新收集起来加以利用)
四、固体和液体
1、晶体和非晶体
晶 体
非晶体
单晶体
多晶体
外 形
规 则
不规则
不规则
熔 点
确 定
不确定
物理性质
各向异性
各向同性
①晶体内部的微粒排列有规则,具有空间上的周期性,因此不同方向上相等距离内微粒数不同,使得物理性质不同(各向异性),由于多晶体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体(单晶体)集合而成,因此不显示各向异性,形状也不规则。
②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。分子平均动能不变,温度不变。
2、液晶:介于固体和液体之间的特殊物态
物理性质①具有晶体的光学各向异性——在某个方向上看其分子排列比较整齐
②具有液体的流动性——从另一方向看,分子的排列是杂乱无章的.
3、液体的表面张力现象和毛细现象
(1)表面张力──表面层(与气体接触的液体薄层)分子比较稀疏,r>r0,分子力表现为引力,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。表面张力方向跟液面相切,跟这部分液面的分界线垂直.
(2)浸润和不浸润现象:
附着层的液体分子比液体内部
分子力表现
附着层趋势
毛细现象
浸润
密
排斥力
扩张
上升
不浸润
稀疏
吸引力
收缩
下降
(3)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。
①管的内径越细,液体越高②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
五、气体实验定律理想气体
(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:①等温变化,玻意耳定律:PV=C②等容变化,查理定律:P/T=C
③等压变化,盖—吕萨克定律:V/T=C
提示:
①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)
②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
③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-
(3)理想气体状态方程
①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。
②对一定质量的理想气体,有(或)(为摩尔数)
(4)气体压强微观解释:大量气体分子对器壁频繁地碰撞产生的。压强大小与气体分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数有关。决定因素:①气体分子的平均动能,从宏观上看由气体的温度决定②单位体积内的分子数(分子密度),从宏观上看由气体的体积决定
六、饱和汽和饱和汽压
1、饱和汽与饱和汽压:
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。
饱和汽压影响因素:①与温度有关,温度升高,饱和气压增大②饱和汽压与饱和汽的体积无关
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:
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。
干湿泡湿度计:两温度计的示数差别越大,空气的相对湿度越小。
高考物理专题选修3-3热学
考点一 分子动理论 内能
1.(多选)关于扩散现象,下列 说法正确的是( )
,扩散进行得越快
、液体和固体中都能发生
,其中正确的是( )
,物体中分子无规则运动越剧烈
3.(多选)墨滴入水,扩而散之,徐徐混 ( )
,水分子和碳粒都做无规则运动
,混合均匀的过程进行得更迅速
4.(多选)对下列几种固体物质的认识,正确的有( )
,温度保持不变,说明食盐是晶体
,熔化的蜂蜡呈椭圆形,说明蜂蜡是晶体
,是由于该物质的微粒在空间的排列不规则
,是由于组成它们的物质微粒排列结构不同
5.(多选)如图为某实验器材的结构示意图,金属内筒和隔热外筒间封闭了一定体积的空气,内筒中有水,在水加热升温的过程中,被封闭的空气( )
( )
,其分子热运动的平均动能增大 ,其分子热运动的平均动能增大
,其内能一定增大 ,其内能一定不变
( )
,其内能一定增加 ,其内能一定减少
,能正确反映分子间 作用力f和分子势能Ep随分子间距离r变化关系的图线是( )
9.(多选)下列关于布朗运动的说法正确的是( )
,悬浮粒子越小,布朗运动越剧烈
,草叶上的露珠是由空气中的 水汽凝结成的水珠,这一物理过程中,水分子间的( )
,斥力增大 ,引力增大 、斥力都减小 、斥力都增大
11.(多选)两分子间的斥力和引力 的合力F与分子间距离r的关系如图中曲线所示,,,下列说法正确的是( )
>r0阶段,F做正功,分子动能增加,势能减小
<r0阶段,F做负功,分子动能减小,势能也减小 =r0时,分子势能最小,动能最大
=r0时,分子势能为零
考点二 固体 液体 气体
1.(多选)下列说法正确的是( )
,得到的小颗粒是非晶体
,有些晶体在不同方向上有不同的光学性质
,可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体
,某些晶体可以转化为非晶体,某些非晶体也可以转化为晶体
,晶体要吸收热量,但温度保持不变,内能也保持不变
2.(多选)下列说法正确的是( )
,这是高原地区温度较低的缘故
,这是湿泡外纱布中的水蒸发吸热的结果
3.(多选)用密封性好、充满气体的 塑料袋包裹易碎品,如图所示,充气袋四周被挤压时,假设袋内气体与外界 无热交换,则袋内气体( )
,内能增大 ,压强减小
,内能增大 ,压强减小
4.(多选)对于一定量的稀薄气体,下列说法正确的是( )
,分子热运动必然变得剧烈 ,分子热运动可能变得剧烈
,分子间的平均距离必然变小 ,分子间的平均距离可能变小
5.(多选)如图所示为某同学设计的喷水装置,内部装有2L水,,再充 ,且温度不变,下列说法正确的有( )
,密封气体压强增加 ,密封气体的分子平均动能增加
,密封气体对外界做正功 ,不再充气也能把水喷光
,,空气可看做理想气体,则充气后储气罐中气体压强为( )
,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,,则外界大气的变化可能是( )
,压强增大 ,压强不变 ,压强减小 ,压强减小
,里面已有压强为p0的空气,现在要使轮胎内的气压增大到p,设充气过程为等温过程,空气可看做理想气体,轮胎容积保持不变,则还要向轮胎充入温度相同,压强也是p0,体积为 的空气.(填选项前的字母)
C.(-1)V D.(+1)V
,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成,=,横截面积为S1=;小活塞的质量为m2=,横截面积为S2=;两活塞用刚性轻杆连接,间距为l=;汽缸外大气的压强为p=×105Pa,温度为T=,两活塞间封闭气体的温度为T1=,,重力加速度大小g取10m/s2. 求:
(ⅰ)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度;
(ⅱ)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强.
,一粗细均匀的U形管竖直放置,A侧上端封闭,B侧上端与大气相通,下端开口处开关K关闭;A侧空气柱的长度为l=,B侧水银面比A侧的高h=,从U形管中放出部分水银,当两侧水银面的高度差为h1==.
(ⅰ)求放出部分水银后A侧空气柱的长度;
(ⅱ)此后再向B侧注入水银,使A、B两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管内的长度.
,在室温下,袋中气体压强为1个标准大气压、 个标准大气压时,.
,,压强为p1,肥 ,不计体积和质量变化,.
,截面积为S的热杯盖扣在水平桌面上,开始时内部封闭气体的温度为300K,,杯盖恰好被整体顶起,放出少许气体后又落回桌面,其内部气体压强立刻减为p0,,:
(ⅰ)当温度上升到303K且尚未放气时,封闭气体的压强;
(ⅱ)当温度恢复到300K时,竖直向上提起杯盖所需的最小力.
,汽缸壁导热良好,,活塞下表面相对于汽缸底部的高度为h,,沙子倒完时,活塞下降了h/,,重力加速度大小为g.
,两汽缸A、B粗细 均匀、等高且内壁光滑,其下部由体积可忽略的细管连通,A的直径是B的2倍,A上端封闭,B上端与大气连通;两汽缸除A顶部导热外,、b,活塞下方充有氮气,、外界和汽缸内气体温度均为7℃且平衡时,活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的,活塞b在汽缸正中间.
(ⅰ)现通过电阻丝缓慢加热氮气,当活塞b恰好升至顶部时,求氮气的温度;
(ⅱ)继续缓慢加热,,求氧气的压强.
=3×103kg、体积V0=,开始时筒内液面到水面的距离h1=40m,筒内气体体积V1=,当筒内液面到水面的距离为h2时,拉力减为零,此时气体体积为V2,. 已知大气压强p0=1×105Pa,水的密度ρ=1×103kg/m3,重力加速度的大小g=10m/,筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略.
,上面布满了 圆柱状薄膜气泡,每个气泡内充满体积为V0,压强为p0的气体,当平板状物品平放在气泡上时,,其温度保持不变,当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S,求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力.
18.(多选)(1)关于一定量的气体,下列说法正确的是( )
,而不是该气体所有分子体积之和
,气体的温度就可以降低 ,气体对容器壁的压强为零
,其内能一定增加
(2)如图所示,一上端开口、=,中间有一段长l2=,上部空气柱的长度l3==(图中未画出)从玻璃管开口处缓慢往下推,使管下部空气柱长度变为l1′=,求活塞下推的距离.
,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同汽缸直立放置,,汽缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略).开始时K关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为p0和p0/3;左活塞在汽缸正中间,其上方为真空;右活塞上方气体体积为V0/,平衡后左活塞升至汽缸顶部,且与顶部刚好没有接触;然后打开K,经过一段时间,,:
(1)恒温热源的温度T; (2)重新达到平衡后左汽缸中活塞上方气体的体积Vx.