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1、热 学一、知识网络或概要1、物质是由大量分子组成的（注意分子体积和分子所占据空间的区别）对于分子（单原子分子）间距的计算，气体和液体可直接用 ，对固体，则与分子的空间排列（晶体的点阵）有关。2、物质内的分子永不停息地作无规则运动a、偶然无序（杂乱无章）和统计有序；b、剧烈程度和温度相关。3、分子间存在相互作用力（注意分子斥力和气体分子碰撞作用 力的区别），而且引力和斥力同时存在，宏观上感受到的是其合效果。分子力是保守力，分子间距改变时，分子力做的功可以用分子势能的变化表示，分子势能EP随分子间距的变化关系如图所示。分子势能和动能的总和称为物体的内能。4、平衡态、状态参量a、凡是与温度有关的现象
2、均称为热现象，热学是研究热现象的科学。热学研究的对象都是有大量分子组成的宏观物体，通称为热力学系统（简称系统）。当系统的宏观性质不再随时间变化时，这样的状态称为平衡态。b、系统处于平衡态时，所有宏观量都具有确定的值，这些确定的值称为状态参量（描述气体的状态参量就是P、V和T）。5、温度a、温度即物体的冷热程度，温度的数值表示法称为温标。典型的温标有摄氏温标t、华氏温标F（F = t + 32）和热力学温标T（T = t + 273.15）。b、热力学第三定律：热力学零度不可能达到。6、热力学过程a、热传递。热传递有三种方式：传导、对流和辐射 b、热膨胀。线膨胀l = l0tc、系统由一个平衡态
3、变化到另一个平衡态，即构成一个热力学过程。特殊的热力学过程有等压过程、等温过程、等容过程、绝热过程和自由膨胀等。准静态过程：如果变化过程相对缓慢，则过程的每一个状态可视为平衡态，这样的过程也称为准静态过程。d、热力学第一定律：外界对系统所做的功W和系统从外界吸收热量Q之和，等于系统内能的增量E ，即 E = Q + W 。热力学第一定律是能量守恒定律在热力学过程中的具体体现。7、气体实验三定律在压强不太大，温度不太低的条件下，气体的状态变化遵从以下三个实验定律a、玻意耳-马略特定律：一定质量气体温度不变时，P1V1 = P2V2或PV = 恒量b、查理定律：一定质量气体体积不变时， = 或 =
4、 恒量c、盖?吕萨克定律：一定质量气体压强不变时， = 或 = 恒量8、理想气体宏观定义：严格遵守气体实验定律的气体。微观特征：a、分子本身的大小比起它们的间距可以忽略，分子不计重力势能；b、除了短暂的碰撞过程外，分子间的相互作用可以忽略意味着不计分子势能；c、分子间的碰撞完全是弹性的。*理想气体是一种理想模型，是实际气体在某些条件约束下的近似，如果这些条件不满足，我们称之为实际气体。理想气体压强的微观解释：P = n ，其中n为分子数密度（n = ）。9、理想气体状态方程：一定质量的理想气体， = 或 = 恒量理想气体状态方程可以由三个试验定律推出，也可以由理想气体的压强微观解释和温度微观解
5、释推导得出。a、推论1： = ，此结论成功地突破了“质量一定”的条件约束，对解某些特殊问题非常有效。b、克拉珀龙方程：原方程中，将“恒量”定量表达出来就成为PV = nRT ，其中n为气体的摩尔数，这个结论被成为克拉珀龙方程。它的优点是能使本来针对过程适用的方程可以应用到某个单一的状态。注意：混合理想气体的状态方程：PV = RT，由此可见混合理想气体的状态方程与单一成分的理想气体的状态方程相似，只是其摩尔数 等于各组成部分的摩尔数之和！c、推论2：气体混合（或分开）时， + + + ，这个推论很容易由克拉珀龙方程导出。d、道尔顿分压定律：当有n种混合气体混合在一个容器中时，它们产生的压强等于
6、每一种气体单独充在这个容器中时所产生的压强之和。即 P = P1 + P2 + P3 + + Pn10、理想气体的内能、做功与吸放热计算a、理想气体的内能计算：由于不计分子势能，故 E = N? b、理想气体的做功计算气体在状态变化时，其压强完全可以是变化的，所以气体压力的功从定义角度寻求比较困难。但我们可以从等压过程的功外推到变压过程的功（无限分割代数累计），并最终得出这样一个非常实用的结论：准静态过程理想气体的功W总是对应P-V图象中的“面积”。这个面积的理解分三层意思：如果体积是缩小的，外界对气体做功，面积计为正；如果体积是增大的，气体对外界做功，面积计为负；如果体积参量变化不是单调的（
7、例如循环过程），则面积应计相应的差值。如图所示。 c、吸放热的计算初中所学的通式Q = cmT仍适用，但值得注意的是，对固体和液体而言，比热容c基本恒定（和材料相关），但对气体而言，c会随着过程的不同而不同。对理想气体，我们一般引进“摩尔热容”C（从克拉珀龙方程知，我们关心气体的摩尔数更甚于关心气体的质量），物理意义：1摩尔物质温度每升高1K所吸收的热量。摩尔热容和比热容的关系C = 。等容过程的摩尔热容称为“定容摩尔热容”，用CV表示，所以 Q = CVT等压过程的摩尔热容称为“定压摩尔热容”，用CP表示，所以 Q = CPT对于其它的复杂过程而言，摩尔热容的表达比较困难，因此，用直接的途径
8、求热量不可取，这时，我们改用间接途径：即求得E和W后，再用热力学第一定律求Q 。（从这个途径推导出：CP = CV + R ； E = CVT ）11、气化。气化又有两种方式：蒸发和沸腾，涉及的知识点有饱和气压、沸点、汽化热、临界温度等。a、蒸发。蒸发是液体表面进行的缓慢平和的气化现象（任何温度下都能进行）。影响蒸发的因素主要有液体的表面积、液体的温度、通风条件。从分子动理论的角度不难理解，蒸发和液化必然总是同时进行着，当两者形成动态平衡时，液体上方的气体称为饱和气，饱和气的压强称为饱和气压PW 。汽化热L ：单位质量的液体变为同温度的饱和气时所吸收的热量。汽化热与内能改变的关系L = E +
9、 PW（V气 ? V液） E + PWV气b、沸腾。一种剧烈的汽化，指液体温度升高到一定程度时，液体的汽化将不仅仅出现在表面，它的现象是液体内部或容器壁出现大量气泡，这些气泡又升到液体表面并破裂。液体沸腾时，液体种类不变和外界压强不变时，温度不再改变。沸点：液体沸腾时的温度。同一外界气压下，不同液体的沸点不同；同一种液体，在不同的外界气压下，沸点不同（压强升高，沸点增大）。13、湿度与露点a、空气的湿度。表示空气干湿程度的物理量。b、露点：使空气中的水蒸气刚好达到饱和的温度。露点的高低与空气中含有水蒸气的压强（即绝对湿度）密切相关，根据克拉珀龙方程，也就是与空气中水蒸气的量有关：夏天，空气中水
10、蒸气的量大，绝对湿度大（水蒸气的压强大），对应露点高；反之，冬天的露点低。14、熔解和凝固a、熔解。物质从故态变成液态。晶体有一定的熔解温度熔点（严格地说，只有晶体才称得上是固体），非晶体则没有。大多数物质熔解时体积会膨胀，熔点会随压强的增大而升高，但也有少数物质例外（如水、灰铸铁、锑、铋等，规律正好相反）。（压强对熔点的影响比较微弱，如冰的熔点是每增加一个大气压熔点降低0.0075。）熔解热：单位质量的晶体在溶解时所吸收的热量。从微观角度看，熔解热用于破坏晶体的空间点阵，并最终转化为分子势能的增加，也就是内能的增加，至于体积改变所引起的做功，一般可以忽略不计。b、凝固。熔解的逆过程，熔解的规
11、律逆过来都适用与凝固。15、固体的升华：物质从固态直接变为气态的过程。在常温常压下，碘化钾、樟脑、硫磷、干冰等都有显著的升华现象。16、晶体和非晶体a、晶体和非晶体的根本区别是：是否具有固定的熔点。晶体又分为单晶体和多晶体，单晶体（如石英、云母、明矾、冰等）还具有规则的几何形状、物理性质上表现为各向异性；多晶体（如岩石、金属等）则和非晶体一样，无规则几何形状、各向同性。b、空间点阵：组成晶体的微观粒子所形成的规则排列（非晶体没有空间点阵）。晶体之所以具有固定的熔点，是因为发生相变时，吸收的热量全部用来破坏空间点阵结构分子间距的改变导致分子势能增大，而分子的平均动能则不变。17、液体的表面张力a
12、、表面张力：存在于液体表面的使表面收缩的力。表面张力的微观解释是：蒸发使表面分子间距大于r0 ，因此分子力体现为引力。表面张力系数：设想在液面作长为L的线段，则线段两边表面张力必垂直于这条线段，且于液面相切，各自的大小均为 f = L ，其中称表面张力系数。b、浸润现象：液体与固体接触时，若接触角（见图6-17）为锐角，称为浸润现象；反之，接触角为钝角，称为不浸润。液体相对固体是否浸润取决于液体和固体的组合关系，如水能浸润玻璃却不能浸润石蜡，水银能浸润锌版却不能浸润玻璃。当= 0时，称为“完全浸润”；当=时，称为“完全不浸润”。从微观角度看，液体能否浸润固体取决于液体与固体接触的“附着层”分子
13、受液体分子力（内聚力）更大还是受固体分子力（附着力）更大。c、毛细现象：浸润管壁的液体在毛细管中液面升高，不浸润管壁的液体在毛细管中液面降低的现象。毛细现象的形成事实上是液体表面张力的合效果。如果毛细管的为r ，液体的表面张力系数为，对管壁的浸润角为，不难求出毛细现象导致的液面上升（或下降）量h = 。二、重点热点透析（一、）物体的内能物体的内能：作无规则热运动的分子具有平动动能、转动动能和振动动能，温度仅是平均平动动能的量度。分子间分子力做功等于分子势能变化的负值，故分子势能P与分子间距r关系如图所示。物体中所有分子的动能和分子势能总和叫物体的内能，取决于物质的量、温度、体积和物态等。*2、
14、理想气体的内能：理想气体由于分子间除碰撞外无相互作用力，故无分子势能。其内能指所有分子的动能总和，通式为 3、本专题中的几个常用的常量：N为分子数，R为普适气体恒量，R = 8.31J/(mol.K)。k为玻耳兹曼常量，k = = 1.381023J/K (二)、改变物体内能的两种方式：做功和热传递两者在改变内能上是等效的，但从能量转化或转移上看有本质区别。热传递有三种方式：1、传导：由于温度不同而引起热量从温度较高处向较低处传递。若导热柱体长为L截面积为S两端温度分别为T1、T2（T1T2），则热量沿长度方向传递且在t时间内通过截面S的热量 ，式中k为导热系数。(三)、热力学第一定律系统内能
15、的增量E等于系统从外界吸收热量Q和外界对它做功W的和即E=Q+W，要注意各量正负号，它在热传递过程、理想气体的准静态过程和物态变化中有广泛应用：1、热传递中热量的计算：1mol物质温度每升高1K所吸收的热量叫摩尔热容，分为定容摩尔热容Cv（在体积不变时1mol物质温度每升高1K所吸收热量）和定压摩尔热容Cp（在压强不变时1mol物质温度每升高1K所吸收的热量）。对气体二者关系Cp=Cv+R；对固液体相差很小，统称比热C。在不涉及物态变化时 。2、理想气体在六种准静态过程中功能关系（1）等容过程中W=0，故Q=E= （2）等压过程中 ， 故CP=CV+R。（3）等温过程中E=0，故 。（4）绝热过程中Q=0，故W= E = (m/M)CP（T2 ? T1）3、物态变化中热量计算：晶（液）体在熔解（凝固）时吸收（放出）熔解（凝固）热Q=m（熔解热）。液（气）体在温度不变的汽（液）化时吸收（放出）汽（液）化热Q=Lm。由能量守恒知升（凝）华热等于相同条件下熔解热与汽化热之和。【学法指导】本节主要内容是物质在热学状态变化中内能、功、热量等这些重要热学概念的理解及三者联系的规律：热力学第一定律。要掌握
