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1、,学 海 无 涯 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 分子体积 分子体积很小，它的直径数量级是 分子质量 分子质量很小，一般分子质量的数量级是 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：,NA, V1,m ,NA 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:,N( ) V 2,A 3,4 d 3,= 3,6V6V0 NA,d = 3
2、,球体模型:（固体、液体一般用此模型）,d = 3 V0 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,A,A,11,AA,V,N V N,n M N, V N M,V,2分子永不停息地做无规则热运动 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。 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）（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
3、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,学
4、海 无 涯 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。 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。 分子力 F 和距离r 的关系如图 （注：上图中 r1 r0 ：数量级1010 m ） 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
5、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。 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。 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 在外形上，晶体具有确定的几何形状，而非晶体则没有。 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。 晶体具有确定的熔点，而非晶体没有确定的熔点
6、。 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。 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。 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
7、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。 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，,2,学 海 无 涯 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，
8、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 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。 附着层：液体和固体接触时，接触的位置形成一个液体薄层。 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
9、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。 浸润与不浸润现象的分析,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。,3,学 海
10、 无 涯 （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。,（11）产 生 毛细现象的 如图甲所示， 分子间的排 部分液体上,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 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。 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。 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
11、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
12、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
13、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 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。 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。 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,同温
14、度水的饱和汽压,相对湿度= 水蒸气的实际压强,公式为 B= p 100% ps,4,浸润液体在毛细管里上升,不浸润液体在毛细管里下降 原因： 产生与表面张力及浸润现象都有关系。 当毛细管插入浸润液体中时，附着层里 斥力使附着层沿壁管上升，这 升引起液面弯曲，呈凹形弯月,5,学 海 无 涯 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
15、们感觉越潮湿。 六、物态变化中的能量交换 1熔化与凝固 物质从固态变成液态的过程叫熔化 物质从液态变成固态的过程叫凝固 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： 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 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。 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 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
16、，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。 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。 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。 注意 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 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。 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
