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1、1 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 : VdN3 A)2(34303A6=6=VNVd（固体、 液体一般用此模型）立方体模型 :3 0=Vd（气体一般用此模型）
2、 （对气体，d理解为相邻分子间的平均距离）分子的数量A1A1AANVVNVMNVNMn2. 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）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。（3）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。（4）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
3、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。（5）影响布朗运动激烈程度的因素2 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。（6）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
4、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 的关系如下图（注：上图中01rr：数量级m1010）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上图。(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
5、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。3 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
6、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
7、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4 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液体的表面张力如果在液体表面任意画一条线，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。特别提醒：表面张力使液体自动收缩，由于有表面张力的作用
8、，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。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
9、电压液晶由透明状态变为混浊状态。五、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。气体分子速率分布曲线5 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：
10、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。（2）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。（3）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。（4）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
11、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。（5）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
12、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）6 （ 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
13、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：TPV=恒量或2221
14、11 TVPTVP（含密度式：222111 TPTP ）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：RTMnRTPV (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 . (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
15、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”。(3) 三种特殊情况：等温变化E=0，即 W+Q=0 7 绝热膨胀或压缩：Q=0即 W= E 等容变化： W=0 ， Q= E (4) 由图线讨论理想气体的功、热量和内能等温线（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
16、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。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)：不可能使热量由低温物体传递到高温物体,而不引起其它变化。(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
