高考物理熱學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)(物理高考熱學(xué)題目技巧)
物理碩士2019-02-28
1.分子動(dòng)力學(xué)理論
1.物質(zhì)是由大量分子組成的
2.分子永遠(yuǎn)不會(huì)停止進(jìn)行不規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)
(1)分子永不停歇地進(jìn)行不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)事實(shí):擴(kuò)散現(xiàn)象和布朗運(yùn)動(dòng)。
(2)布朗運(yùn)動(dòng)
布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體(或氣體)中的固體顆粒的隨機(jī)運(yùn)動(dòng)。布朗運(yùn)動(dòng)不是
分子本身的運(yùn)動(dòng),卻間接反映了液(氣)分子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)。
(3)實(shí)驗(yàn)中繪制的布朗運(yùn)動(dòng)路線折線并不是粒子運(yùn)動(dòng)的真實(shí)軌跡。
因?yàn)閳D中的每條折線都是連接每30秒觀測(cè)到的粒子位置的線,即使在這短短的30秒內(nèi),小粒子的運(yùn)動(dòng)也是極不規(guī)則的。
(4)布朗運(yùn)動(dòng)的原因
當(dāng)大量液體分子(或氣體)不斷無規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí),對(duì)其中懸浮粒子的不平衡沖擊就是產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因。簡(jiǎn)而言之:液體(或氣體)分子永遠(yuǎn)不會(huì)
停止不規(guī)則運(yùn)動(dòng)是布朗運(yùn)動(dòng)的原因。
(5)影響布朗運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度的因素
固體顆粒越小,溫度越高,固體顆粒周圍液體分子的運(yùn)動(dòng)越不規(guī)則,從而影響顆粒的碰撞。
碰撞的不平衡性越強(qiáng),布朗運(yùn)動(dòng)就越劇烈。
(6)在液體(或氣體)中能進(jìn)行布朗運(yùn)動(dòng)的粒子很小,一般為
,這種顆粒用肉眼是看不到的,必須使用顯微鏡。
3、分子間存在相互作用
(1)分子間的吸引力和排斥力同時(shí)存在。顯示的實(shí)際分子力是分子吸引力和排斥力。
合力。
分子間的吸引力和排斥力只與分子間的距離(相對(duì)位置)有關(guān),與分子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。
(2)分子間的吸引力和斥力都隨著分子間距離r的增大而減小,隨著分子間距離r的減小而增大,但斥力的變化快于吸引力的變化。
(3)分子力F與距離r的關(guān)系如下圖
4.物體的內(nèi)能
(1)分子進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能稱為分子動(dòng)能。溫度是物體分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。
(2)由分子間相對(duì)位置決定的勢(shì)能稱為分子勢(shì)能。當(dāng)分子力做正功時(shí),分子勢(shì)能減?。划?dāng)分子力做負(fù)功時(shí),分子勢(shì)能增加。當(dāng)r=r0時(shí),即分子處于平衡位置時(shí),分子的勢(shì)能最小。無論r從r0開始增加還是減少,分子勢(shì)能都會(huì)增加。如果分子間距離無窮大時(shí)分子勢(shì)能為零,則分子勢(shì)能隨分子間距離變化的圖如上所示。
(3)進(jìn)行熱運(yùn)動(dòng)的物體中所有分子的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和,稱為物體的內(nèi)能。物體的內(nèi)能與物體的溫度、體積以及物質(zhì)的量有關(guān)。質(zhì)量恒定的理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)。
(4)內(nèi)能和機(jī)械能:運(yùn)動(dòng)形式不同。內(nèi)能對(duì)應(yīng)于分子的熱運(yùn)動(dòng),機(jī)械能對(duì)應(yīng)于物體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。物體的內(nèi)能和機(jī)械能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。
2.固體
1.結(jié)晶和非晶
(1)從外觀上看,晶體有一定的幾何形狀,而非晶態(tài)晶體則沒有。
(2)從物理性質(zhì)來看,晶體是各向異性的,而非晶態(tài)晶體是各向同性的。
(3)晶體有確定的熔點(diǎn),而非晶態(tài)晶體則沒有確定的熔點(diǎn)。
(4)晶體和非晶并不是絕對(duì)的,它們?cè)谝欢l件下可以相互轉(zhuǎn)化。例如,如果將結(jié)晶硫加熱熔化(溫度不超過300),然后倒入冷水中,就會(huì)變成軟的無定形硫,經(jīng)過一段時(shí)間后又轉(zhuǎn)變成結(jié)晶硫。
2、多晶和單晶
單晶粒子是單晶,單晶的混沌組合是多晶。
多晶是各向同性的。
3.晶體的各向異性及其微觀解釋
從物理性質(zhì)來看,晶體是各向異性的,而非晶態(tài)晶體是各向同性的。通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性、光折射性質(zhì)等。晶體的各向異性是指晶體在不同方向上的物理性質(zhì)不同,即測(cè)量結(jié)果不同當(dāng)在不同方向測(cè)試晶體的物理性質(zhì)時(shí)。需要注意的是,晶體是各向異性的,并不是說每一種晶體在各種物理性質(zhì)上都能表現(xiàn)出各向異性。晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的規(guī)律性和材料粒子不同方向的不同排列,使晶體具有各向異性。
4、晶體與非晶、單晶與單晶的比較
3.液體
1.液體的微觀結(jié)構(gòu)和物理性質(zhì)
(一)從宏觀角度看
因?yàn)橐后w介于氣體和固體之間,液體像固體一樣有一定的體積,不易壓縮,但又像氣體一樣沒有形狀,具有流動(dòng)性。
(2)從微觀角度看,具有以下特點(diǎn)
液體分子緊密堆積在一起,體積難以壓縮;
分子距離接近固體分子,相互作用力很大;
液體分子在小范圍內(nèi)有規(guī)則排列。這個(gè)區(qū)域是暫時(shí)形成的。邊界和大小隨時(shí)變化,排列雜亂。因此,液體表現(xiàn)出各向同性;
液體分子的熱運(yùn)動(dòng)雖然與固體分子相似,但它們沒有長(zhǎng)期固定的平衡位置,可以在液體中運(yùn)動(dòng),因而表現(xiàn)出流動(dòng)性,擴(kuò)散速度比固體快。
2.液體的表面張力
如果在液體表面任意畫一條線,則線兩側(cè)液體之間的作用力就是重力。它的作用是拉緊液體表面,故稱為液體的表面張力。
特別提醒:
(1)表面張力使液體自動(dòng)收縮。由于表面張力的作用,液體表面趨于收縮到最小,表面張力的方向與液體表面相切。
(2)表面張力形成的原因是表層(液體與空氣之間的薄層)分子間距離較大,分子間的相互作用表現(xiàn)為重力。
(3)表面張力的大小除與邊界線的長(zhǎng)度有關(guān)外,還與液體的種類和溫度有關(guān)。
4、液晶顯示屏
1.液晶的物理性質(zhì)
液晶具有液體的流動(dòng)性和晶體的光學(xué)各向異性。
2、液晶分子的排列特性
液晶分子的位置是無序的,使其類似于液體,但排列是有序的,使其類似于晶體。
3、液晶的光學(xué)特性對(duì)外界條件的變化反應(yīng)迅速。
液晶分子的排列不穩(wěn)定。外界條件和微小的變化都會(huì)引起液晶分子排列的變化,從而改變液晶的某些性質(zhì),如溫度、壓力、摩擦力、電磁效應(yīng)、容器表面的差異等,都可以改變液晶的某些性質(zhì)。液晶。光學(xué)特性。
例如,當(dāng)施加外部電壓時(shí),計(jì)算器的顯示屏從透明狀態(tài)變?yōu)闇啙釥顟B(tài)。
5.煤氣
1氣體狀態(tài)參數(shù)
(1)溫度:溫度在宏觀上表示物體的熱或冷程度;它是微觀層面上分子平均動(dòng)能的象征。
熱力學(xué)溫度是國(guó)際單位制中的基本量之一,符號(hào)T,單位K(開爾文);攝氏度是溫度的導(dǎo)出單位,符號(hào)t,單位(攝氏度)。關(guān)系為t=T-T0,其中T0=273.15K
兩個(gè)溫度之間的關(guān)系可以表示為:T=t+273.15K且T=t。需要注意的是,兩個(gè)單位制中每一度的間隔是相同的。
0K是低溫的極限,這意味著所有分子都停止了熱運(yùn)動(dòng)。它可以無限接近,但永遠(yuǎn)無法達(dá)到。
氣體分子速度分布曲線:
圖像表示:不同速度的氣體分子占分子總數(shù)的百分比。圖像下方的面積可以表示為分子總數(shù)。
特點(diǎn):在相同溫度下,分子總是表現(xiàn)出“中間多、兩端少”的分布特征,即中等速度的分子所占比例最大,速度極大和極小的分子各占一半。比例較小;溫度越高,速度越高。分子數(shù)量增加;曲線最大值對(duì)應(yīng)的速率值向速率增加的方向移動(dòng),曲線將變寬、高度減小并變得平坦。
(2)體積:氣體總是充滿其所在的容器,因此氣體的體積始終等于容納氣體的容器的體積。
(3)壓力:氣體的壓力是由大量氣體分子與器壁頻繁碰撞而產(chǎn)生的。
(4)氣體壓力的微觀意義:大量進(jìn)行不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的氣體分子與容器壁頻繁、連續(xù)地碰撞,產(chǎn)生氣體壓力。單個(gè)分子與壁面碰撞的沖量是短暫的,但大量分子與壁面碰撞往往會(huì)對(duì)壁面產(chǎn)生連續(xù)、均勻的壓力。因此,從分子動(dòng)力學(xué)理論的角度來看,氣體的壓力是大量氣體分子對(duì)壁面單位面積所施加的平均力。
(5)決定氣體壓力大小的因素:
微觀因素:氣體壓力由氣體分子的密度和平均動(dòng)能決定:
A、氣體分子的密度(即單位體積的氣體分子數(shù))越大,單位時(shí)間內(nèi)與單位面積的壁面碰撞的分子就越多;
B、隨著氣體溫度的升高,氣體分子的平均動(dòng)能增大,各氣體分子與壁面的碰撞(可看作彈性碰撞)對(duì)壁面的沖擊力較大;另一方面,氣體分子的平均動(dòng)能增加。速度越大,單位時(shí)間內(nèi)與墻壁碰撞的次數(shù)越多,累積沖量也越大。
宏觀因素:氣體體積增大,分子密度變小。此時(shí),若溫度不變,氣體壓力降低;如果溫度降低,氣體壓力進(jìn)一步降低;如果溫度升高,氣體壓力可能保持不變,也可能發(fā)生變化,具體取決于氣體的體積變化和溫度變化。這取決于哪個(gè)因素占主導(dǎo)地位。
2.氣體實(shí)驗(yàn)定律
3.氣體實(shí)驗(yàn)規(guī)律的微觀解釋
(1)波義耳定律的微觀解釋
對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,分子總數(shù)是一定的。當(dāng)溫度保持恒定時(shí),分子的平均動(dòng)能保持不變。如果氣體的體積減少到原來的幾分之一,則氣體的密度將增加到原來的值。因此,壓力增加到原來值的幾倍,反之亦然,因此氣體的壓力與體積成反比。
(二)查爾斯定律的微觀解釋
一定質(zhì)量的理想氣體是指氣體分子總數(shù)N不變;氣體體積V不變,則單位體積的分子數(shù)不變;當(dāng)氣體溫度升高時(shí),意味著分子的平均動(dòng)能增大,則單位時(shí)間內(nèi)單位面積與壁面碰撞的分子數(shù)量增多,每次與壁面碰撞產(chǎn)生的平均沖量增大,因此氣體壓力p將增加。
(3)蓋-呂薩克定律的微觀解釋
對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體,當(dāng)溫度升高時(shí),氣體分子的平均動(dòng)能增大;為了保持壓力恒定,單位體積的分子數(shù)必須減少,即氣體的體積必須增加。
6.熱力學(xué)定律
1.熱力學(xué)第零定律(熱平衡定律):如果兩個(gè)系統(tǒng)與第三個(gè)系統(tǒng)處于熱平衡,那么這兩個(gè)系統(tǒng)也必須彼此處于熱平衡。
(1)做功和傳熱都可以改變物體的內(nèi)能。也就是說,做功和傳熱就相當(dāng)于改變了物體的內(nèi)能。但從能量轉(zhuǎn)換和守恒的角度來看是有區(qū)別的:功是其他能量與內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)換,功是內(nèi)能轉(zhuǎn)換的度量;而熱傳遞是內(nèi)能的傳遞,熱量是內(nèi)能的傳遞。測(cè)量。
(2)符號(hào)規(guī)則:體積增大時(shí),氣體向外做功,W為“一”;當(dāng)體積減小時(shí),外界對(duì)氣體做功時(shí),W為“+”。
當(dāng)氣體吸收外界熱量時(shí),Q為“+”;當(dāng)氣體向外界釋放熱量時(shí),Q為“-”。
隨著溫度升高,內(nèi)能增量DE取“+”;隨著溫度降低,內(nèi)能減小,DE取“-”。
(三)三種特殊情況:
l等溫變化DE=0,即W+Q=0
l絕熱膨脹或壓縮:Q=0,即W=DE
l等體積變化:W=0,Q=DE
(4)從圖表討論理想氣體的功、熱和內(nèi)能
3.熱第二定律
(1)不可能制造第二類永動(dòng)機(jī)(滿足能量守恒定律,但違反熱力學(xué)第二定律)
本質(zhì):涉及熱現(xiàn)象(自然界)的宏觀過程是定向且不可逆的
(2)傳熱方向表達(dá)式(克勞修斯表達(dá)式):
不可能將熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不引起其他變化。(熱傳導(dǎo)是有方向性的)
(3)機(jī)械能與內(nèi)能的換算表達(dá)式(開爾文表達(dá)式):
不可能從單一熱源吸收熱量并將其全部用于做功而不引起其他變化。(機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)換是有方向性的)。
4、熱力學(xué)第三定律:熱力學(xué)零是無法達(dá)到的。
5、熵增原理:在任何自然過程中,孤立系統(tǒng)的總熵不會(huì)減少。
——孤立系統(tǒng)的熵增加過程是系統(tǒng)熱力學(xué)概率增加的過程(即無序度增加的過程)。它是系統(tǒng)從非平衡狀態(tài)趨于平衡狀態(tài)的過程。這是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過程。熵的增加代表著宇宙中物質(zhì)的混亂和無序程度的增加。
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