高中物理选修3-3知识点

高中物理选修3-3知识点

- 1 - 高中物理 3-3 知识点 第七章 分子动理论 1、物质是由大量分子组成的 （1）单分子油膜法测量分子直径 （2）1mol 任何物质含有的微粒数相同 23 16.02 10AN mol （3）对微观量的估算 ①分子的两种模型：球形和立方体（固体液体通常看成球形，空气分子占据的空间看成立方体） Ⅰ.球体模型直径d＝ 3 6V0 π . Ⅱ.立方体模型边长d＝ 3 V0. ②利用阿伏伽德罗常数联系宏观量与微观量 Ⅰ．微观量：分子体积V0、分子直径d、分子质量m0. Ⅱ．宏观量：物体的体积V、摩尔体积Vm，物体的质量m、摩尔质量M、物体的密度ρ. a.分子质量： A mol N Mm 0 ＝ A mol N V b.分子体积： A mol N Vv 0 ＝ M ρNA （气体分子除外） c.分子数量： A A A A mol mol mol mol M v M vn N N N NM M V V      特别提醒：1、固体和液体分子都可看成是紧密堆集在一起的。分子的体积V0＝Vm NA ，仅适用于固体和 液体，对气体不适用，仅估算了气体分子所占的空间。 2、对于气体分子，d＝3 V0的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离. 2、分子永不停息的做无规则的热运动（布朗运动 扩散现象） （1）扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象，说明了物质分子在不停地运动，同时还说明分子 间有空隙，温度越高扩散越快。可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间 （2）布朗运动：它是悬浮在液体（或气体）中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的。 ①布朗运动的三个主要特点：永不停息地无规则运动；颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高， 布朗运动越明显。 ②产生布朗运动的原因：它是由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒．．．．．．各个方向撞击的不均匀 性造成的。 ③布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动，布朗运动、扩散现象都有力地说明物体内大 量的分子都在永不停息地做无规则运动。 （3）热运动：分子的无规则运动与温度有关，简称热运动，温度越高，运动越剧烈 3、分子间的相互作用力 - 2 - （1）分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。 （2）分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小，随分子间距离的减小而增大。但总是斥 力变化得较快。 （3）图像：两条虚线分别表示斥力和引力； 实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。 0r 位置叫做平衡位置， 0r 的数量级为 1010 m。 理解+记忆： (1)当 0rr  时， 引F ＝ 斥F ，F＝0； (2)当 0rr  时， 和 都随距离的减小而增大，但 ＜ ，F 表现为斥力； (3)当 0rr  时， 和 都随距离的增大而减小，但 ＞ ，F 表现为引力； (4)当 010rr  ( m)时， 和 都已经十分微弱，可以认为分子间没有相互作用力(F＝0)． 4、温度 宏观上的温度表示物体的冷热程度，微观上的温度是物体大量分子热运动平均动能的标志。热力学 温度与摄氏温度的关系： 273.15T t K 5、内能 ①分子势能 分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。分子势 能的大小与分子间距离有关，分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。（ 0rr 时分子势能最小） 当 0rr 时，分子力为引力，当 r 增大时，分子力做负功，分子势能增加 当 0rr 时，分子力为斥力，当 r 减少时，分子力做负功，分子是能增加 当 r＝r0 时，分子势能最小，但不为零，为负值，因为选两分子相距无穷 远时分子势能为零 ②物体的内能 物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规 则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。（理想气体的内能只取决于温度） ③改变内能的方式 做功与热传递都使物体的内能改变 特别提醒： (1)物体的体积越大，分子势能不一定就越大，如 0 ℃的水结成 0 ℃的冰后体积变大，但分子势能 却减小了． (2)理想气体分子间相互作用力为零，故分子势能忽略不计，一定质量的理想气体内能只与温度有关． (3)内能都是对宏观物体而言的,不存在某个分子的内能的说法. 由物体内部状态决定 - 3 - 第八章 气体 6、分子热运动速率的统计分布规律 (1)气体分子间距较大，分子力可以忽略，因此分子间除碰撞外不受其他力的作用，故气体能充满它能 达到的整个空间． (2)分子做无规则的运动，速率有大有小，且时而变化，大量分子的速率按“中间多，两头少”的规律 分布． (3)温度升高时，速率小的分子数减少,速率大的分子数增加，分子的平均速率．．．．将增大（并不是每个分 子的速率都增大），但速率分布规律不变． 7、气体实验定律 ①玻意耳定律： pV C （C 为常量）→等温变化 微观解释：一定质量的理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的，在这种情况下，体 积减少时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大。 适用条件：压强不太大，温度不太低 图象表达： 1p V ②查理定律： p CT  （C 为常量）→等容变化 微观解释：一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变，在这种情况下，温度升 高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 适用条件：温度不太低，压强不太大 图象表达： pV ③盖吕萨克定律：V CT  （C 为常量）→等压变化 V1>V2 -273℃ 图 2 TⅢ>TⅡ>TⅠ T2>T1 图 1 - 4 - 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 子的密集程度减少，才能保持压强不变 适用条件：压强不太大，温度不太低 图象表达：VT 8、理想气体 宏观上：严格遵守三个实验定律的气体，实际气体在常温常压下（压强不太大、温度不太低）实验 气体可以看成理想气体 微观上：理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都 是可以被压缩的空间．故一定质量的理想气体的内能只与温度有关，与体积无关（即理想气体的内能 只看所用分子动能，没有分子势能） 理想气体状态方程： pV CT  ，可包含气体的三个实验定律： 几个重要的推论 (1)查理定律的推论：Δp＝p1 T1 ΔT (2)盖—吕萨克定律的推论：ΔV＝V1 T1 ΔT (3)理想气体状态方程的推论：p0V0 T0 ＝p1V1 T1 ＋p2V2 T2 ＋…… 应用状态方程或实验定律解题的一般步骤 (1)明确研究对象，即某一定质量的理想气体； (2)确定气体在始末状态的参量 p1、V1、T1 及 p2、V2、T2； (3)由状态方程或实验定律列式求解； (4)讨论结果的合理性． 9、气体压强的微观解释 大量分子频繁的撞击器壁的结果 影响气体压强的因素：①气体的平均分子动能（宏观上即：温度）②分子的密集程度即单位体积内 的分子数（宏观上即：体积） P1>P2 P1>P2 -273℃ 图 3 - 5 - 第九章 固态、液态和物态变化 10、晶体和非晶体 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。 11、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． 12、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 第十章 热力学定律 13、改变系统内能的两种方式：做功和热传递 ①热传递有三种不同的方式：热传导、热对流和热辐射 ②这两种方式改变系统的内能是等效的 ③区别：做功是系统内能和其他形式能之间发生转化；热传递是不同物体（或物体的不同部分） 之间内能的转移 14、热力学第一定律 ①表达式 u W Q   ② 几种特殊情况 (1)若过程是绝热的,则 Q＝0，W＝ΔU,外界对物体做的功等于物体内能的增加. (2)若过程中不做功，即 W＝0，则 Q＝ΔU，物体吸收的热量等于物体内能的增加． （3）若过程的始末状态物体的内能不变,即ΔU＝0，则 W＋Q＝0 或 W＝－Q，外界对物体做的功等 于物体放出的热量． 15、热力学第二定律 （1）常见的两种表述 ①克劳修斯表述(按热传递的方向性来表述)：热量不能自发地从__低温__物体传到_高温_物体． 符号 W Q u + 外界对系统做功 系统从外界吸热 系统内能增加 - 系统对外界做功 系统向外界放热 系统内能减少 - 6 - ②开尔文表述(按机械能与内能转化过程的方向性来表述)：不可能从__单一热源__吸收热量，使之 完全变成功，而不产生其他影响． a、“自发地”指明了热传递等热力学宏观现象的方向性，不需要借助外界提供能量的帮助． b、“不产生其他影响”的涵义是发生的热力学宏观过程只在本系统内完成,对周围环境不产生热力 学方面的影响．如吸热、放热、做功等． （2）热力学第二定律的实质 热力学第二定律的每一种表述，都揭示了大量分子参与宏观过程的方向性,进而使人们认识到自然 界中进行的涉及热现象的宏观过程都具有方向性． （3）热力学过程方向性实例 (1)高温物体 热量Q能自发传给 热量Q不能自发传给低温物体 (2)功 能自发地完全转化为 不能自发地且不能完全转化为热 (3)气体体积 V1 能自发膨胀到 不能自发收缩到气体体积 V2(较大) (4)不同气体 A 和 B 能自发混合成 不能自发分离成混合气体 AB 特别提醒：热量不可能自发地从低温物体传到高温物体，但在有外界影响的条件下，热量可以从低温 物体传到高温物体，如电冰箱；在引起其他变化的条件下内能可以全部转化为机械能，如气体的等温膨胀 过程. 16、能量守恒定律 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 移到另一物体，在转化和转移的过程中其总量不变 第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律 第二类永动机：违背宏观热现象方向性的机器被称为第二类永动机．这类永动机不违背能量守恒定 律，不可制成是因为其违背了热力学第二定律（一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方 向进行） 熵是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。 17、能量耗散：系统的内能流散到周围的环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用。