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1、第三节 热学、光学、近代物理理论 一、热学 （一）分子动理论 1.分子动理论的三个观点 （1）物体是有大量的分子组成的 一般认为分子直径大小的数量级为10-10m。 固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密 排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。 分子体积=物体体积分子个数。 第三节 热学、光学、近代物理理论 气体分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列， 所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每 个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长 的正立方体。 1mol的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量用 阿伏加德罗常数表示，NA=6.021023mol-1
2、。 应用：用油膜法估测分子的大小。 实验思想：分子是球形，分子紧密排列无空隙，单分 子层。 第三节 热学、光学、近代物理理论 实验原理：实验中设法测出一滴酒精油酸中纯油酸的 体积V，和这滴油酸在水面上形成单分子油膜的面积S， 由此求出的油膜的厚度可认为等于油酸分子的直径，即 d=V/S，如图所示。 第三节 热学、光学、近代物理理论 （2）分子的热运动 物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟 温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动。 扩散现象是两种不同物质接触时，没有受到外力影响 而能彼此进入到对方里去的现象。扩散现象是分子的直接 运动形式。气体、液体和固体都有扩散现象。扩散快慢除
3、 和温度有关外，还和物体的密度差、溶液的浓度有关。物 体的密度差（或浓度差）越大，扩散进行得越快。 第三节 热学、光学、近代物理理论 布朗运动是悬浮在液体（或气体）中的微粒所做的无规 则运动，其运动的激烈程度与微粒的大小和液体（或气体） 的温度有关，微粒越小，液体温度越高，布朗运动越明显。 扩散现象和布朗运动都可以很好地证明分子的热运动。 第三节 热学、光学、近代物理理论 关于布朗运动的下列说法中正确的是（）。 A.布朗运动就是分子的运动 B.布朗运动是组成固体微粒的分子无规则运动的反映 C.布朗运动是液体或气体分子无规则运动的反映 D.观察时间越长，布朗运动就越显著 名师答案：C 第三节 热
4、学、光学、近代物理理论 （3）分子之间存在相互作用的分子力 分子之间同时存在着相互的引力和斥力。 气体很容易被压缩，说明分子间有空隙。大量分子能 聚集在一起形成固体或液体，说明分子间存在着引力。用 力压缩物体，物体内会产生反抗压缩的弹力，说明分子间 还存在着斥力。 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 随着分子间距离的逐渐增大，分子间的引力与斥力都减 小，但斥力减小得快：随着分子间距的减小，分子间的引 力与斥力都增大，但斥力增大得快。 所以，当分子间距rr0时，引力大于斥力，分子间作 用力表现为引力；当分子间距rVC BVA=VBVC CVAVBVBVC 第三节
5、热学、光学、近代物理理论 名师答案：D 答案解析：过理想气体的A点和B点，分别做它们的等容 变化的p-t图，可以看出点B与t轴上的-273连线的斜率 大于点A与t轴上的-273连线的斜率，且体积V1/k， 所以VAVB。B到C过程，温度相等，压强增加，由理想 气体状态方程得VBVC，所以VAVBVC。 第三节 热学、光学、近代物理理论 （4）气体热现象的微观意义 理想气体是一种理想化的气体模型，具有如下特点： 气体分子可以看作质点。 除碰撞外，分子间的相互作用力可以忽略不计。 气体分子间的碰撞以及与器壁的碰撞都可以看做是 完全弹性碰撞。 第三节 热学、光学、近代物理理论 大量气体分子做无规则运
6、动，速率是按照一定的规 律分布的，即速率较大和速率较小的分子数都比较少，而 中间速度的分子数比较多。但是具有最大比例的速度区间 是随温度的增加而增大。说明温度越高，分子热运动也激 烈。 第三节 热学、光学、近代物理理论 理想气体的热力学温度是分子平均动能的标志，它与 分子的平均动能成正比。 从微观的角度看，气体对容器的压强是大量气体分子 对容器的碰撞引起的。一定质量的气体，温度保持不变时， 气体分子的平均动能是一定的，在这种情况下，体积减小， 则分子的密集程度增大，单位时间内对器壁的碰撞次数增 加，于是气体的压强就增大，这就是玻意耳定律的微观解 释。 第三节 热学、光学、近代物理理论 一定质量
7、的气体，体积保持不变时，气体分子的密集 程度保持不变。在这种情况下，温度升高，分子的平均动 能增大，每次对器壁的碰撞的力量增大，并且单位时间内 碰撞的次数也增加，因此气体的压强就增大，这就是查理 定律的微观解释。 一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大。 只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能 保持压强不变，这就是盖-吕萨克定律的微观解释。 第三节 热学、光学、近代物理理论 如图所示为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的 上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中 封闭有一定量的空气。若玻璃管内水柱上升，则外界大气 的变化可能是（）。 A.温度升高，压强减小 B
8、.温度升高，压强不变 C.温度降低，压强增大 D.温度不变，压强减小 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 2.固体 （1）晶体和非晶体 固体可以分为晶体和非晶体两类。石英、云母、明 矾、食盐、各种金属等都是晶体，玻璃、蜂蜡、松香、 沥青、橡胶等是非晶体。 晶体分为单晶体和多晶体，多晶体不具有规则的几 何形状，各种金属材料都是多晶体。由于小晶体的排列 是杂乱的，所以金属整体表现为各向同性。 第三节 热学、光学、近代物理理论 （2）晶体的微观结构 单晶体和非晶体性质上的不同，可以从它们的微观结 构不同做出说明。组成单晶体的微粒，在空间上按照一定 的规律排列。彼此相隔
9、一定的距离，排列成整齐的行列。 通常这种微观结构成为空间点阵。 第三节 热学、光学、近代物理理论 3.液体 液体与固体接触的表面形成表面层。由于表面层上方 是气体，所以表面层内的液体分子，受到周围分子作用力 小于液体内部分子力，表面层里的分子要比液体内部分子 稀疏一些，这样表面层分子间引力比液体内部更大一些。 在液体内部分子间引力和斥力处于平衡状态，而表面层内 由于分子引力较大，使液体表面绷紧。这个引力被称为液 体的表面张力。 第三节 热学、光学、近代物理理论 4.物态变化 （1）熔化和凝固 熔化：物质从固态变成液态的过程叫熔化。熔化过程 吸热。 凝固：物质从液态变成固态的过程叫凝固。凝固过程
10、 放热。 熔点和凝固点：晶体熔化时保持不变的温度叫熔点； 晶体凝固时保持不变的温度叫凝固点。晶体的熔点和凝固 点相同。 第三节 热学、光学、近代物理理论 （2）汽化和液化 汽化：物质从液态变为气态的过程叫汽化，汽化的方 式有蒸发和沸腾。汽化过程要吸热。 蒸发：是在任何温度下，且只在液体表面发生的，缓 慢的汽化现象。 沸腾：是在一定温度（沸点）下，在液体内部和表面 同时发生的剧烈的汽化现象。液体沸腾时要吸热，但温度 保持不变，这个温度叫沸点。 第三节 热学、光学、近代物理理论 影响液体蒸发快慢的因素： 液体温度；液体表面积；液面上方空气流动快慢。 液化：物质从气态变成液态的过程叫液化，液化要放
11、热。使气体液化的方法有：降低温度和压缩体积。（液 化现象如：“白气”、雾、等） （3）升华和凝华 升华和凝华： 物质从固态直接变成气态叫升华，要吸热； 物质从气态直接变成固态叫凝华，要放热。 第三节 热学、光学、近代物理理论 5.饱和汽与饱和汽压 （1）在密封容器中，随着蒸发过程的进行，容器内蒸汽 的密度不断增大，因而返回液体的分子数也不断增多。当 单位时间内蒸发的分子数等于单位时间内返回液体的分子 数时，宏观上看来，蒸发现象就停止了。这种平衡是一种 动态平衡。 第三节 热学、光学、近代物理理论 与液体处于动态平衡的蒸汽叫做饱和汽，而没有达到 饱和状态的蒸汽叫做未饱和汽。在一定温度下，饱和汽的
12、 分子数密度是一定的，因而饱和汽的压强也是一定的，这 个压强称为这种液体的饱和汽压。 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 3.热力学第二定律 （1）热力学第二定律的一种表述 热量不会自发地从低温传到高温物体。 （2）热力学第二定律的另一种表述 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，即第二永动机不可制成。 第三节 热学、光学、近代物理理论 这两种表述是等价的，可以从一种表述导出另一 种表述，所以他们都称为热力学第二定律。热力学第 二定律揭示了有大量分子参与的宏观过程的方向性。 热力学第二定律向人们指出了实际
13、宏观过程进行的条 件和方向，其实质在于指出“一切热现象有关的实际 宏观过程都是不可逆的”，是一个能够反应过程进行 的方向规律。 第三节 热学、光学、近代物理理论 热力学第二定律微观解释： 一切自热过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进 行。物理学中用熵来量度系统的无序程序。在孤立系统中，一 切不可逆过程都是沿着熵增加的方向进行。 第三节 热学、光学、近代物理理论 二、光学 （一）几何光学 1.光的直线传播 （1）光源 光源指能够自行发光的物体，分人造光源、自然 光源。 月亮不是光源，月亮本身不发光，只是反射太阳 的光。 第三节 热学、光学、近代物理理论 （2）光的直线传播 光在向一种均匀介
14、质中沿直线传播。 例如，物体的影子、日食和月食、针孔成像等等。 我们将表示光的传播路径和方向的带箭头的直线称为 光线。 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 2.光的反射和折射 （1）光的反射定律 光从一种介质射到两种介质的分界面时发生反射， 反射光线与入射光线、法线处在同一平面内，反射光线与 入射光线分居在法线的两侧；反射角等于入射角。 反射有两种类型： 镜面反射和漫反射 无论是镜面反射还是漫反射，都遵循光的反射定律。 第三节 热学、光学、近代物理理论 （2）光的反射定律的应用 平面镜成像特点：简记为：正立、等大、对称、虚像 实像与虚像的区别： 实像是实际光线会
15、聚而成的，可以用光屏接到。虚像 不是由实际光线会聚而成的，用光屏接收不到。 凸面镜：对光有发散作用。 凹面镜：对光有汇聚作用。 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 一束单色光经由空气射入水中，这束光的（） 。 A.速度变小，波长变短 B.速度不变，波长变短 C.频率变大，波长变长 D.频率不变，波长变长 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 4.全反射 （1）我们把折射率较小的介质称为光疏介质，折射率较 大的介质称为光密介质。 光疏介质和光密介质是相对的。 光由光疏介质斜射入光密介质，折射角小于入射
16、角； 光由光密介质斜射入光疏介质，折射角大于入射角。 第三节 热学、光学、近代物理理论 第三节 热学、光学、近代物理理论 桌面上有一倒立的玻璃圆锥，其顶点恰好与桌面接触，圆 锥轴（图中虚线）与桌面垂直，过轴线的斜面是等边三角 形，如图6所示。有一半径为r的圆柱形平行光束垂直射到 圆锥底面上，光束的中心轴与圆锥的轴重合。已知玻璃的 折射率为1.5，则光束在桌面上形成的光斑半径为： （） Ar B1.5r C2r D2.5r 第三节 热学、光学、近代物理理论 名师答案：C 答案解析：折射率为1.5，临界角小于45度，第一次垂直 入射，光线不发生偏转。第二次折射时入射角为60度，发 生全反射，且恰好垂直射出。光路图如下。 ON=r，AO=2r,AM=AO=2r。故选C。 第三节 热学、光学、近代物理理论 5.透镜及其应用 （1）透镜 由透明材料磨制而成，两个折射面都是球面，或者一 面是球面另一面是平面的透明体。 凸透镜中间厚，边缘薄； 凹透镜中间薄、边缘厚。 （2）透镜对光线的作用 凸透
