1、高中物理熱學講課內(nèi)容 一、分子運動論 1. 物質(zhì)是由大量分子組成的（1）分子體積分子體積很小,它的直徑數(shù)量級是（2）分子質(zhì)量錯誤 .未找到引用源；分子質(zhì)量很小, 一般分子質(zhì)量的數(shù)量級是 錯誤 .未找到引用源；（3）阿伏伽德羅常數(shù)（宏觀世界與微觀世界的橋梁）1 摩爾的任何物質(zhì)含有的微粒數(shù)相同,這個數(shù)的測量值：錯誤 .未找到引用源；設微觀量為：分子體積V0、分子直徑 d、分子質(zhì)量 m ；宏觀量為：物質(zhì)體積V、摩爾體積V1、物質(zhì)質(zhì)量M 、摩爾質(zhì)量 、物質(zhì)密度 分子質(zhì)量：錯誤 .未找到引用源；分子體積 :錯誤 . 未找到引用源；分子平均占據(jù)的空間大?。┓肿又睆?: （對氣體, V0 應為氣體球體模型

2、: NA4d3Vd=36 V=36 V 0（固體、 液體一NA32般用此模型）1 立方體模型 :d=3V0（氣體一般用此模型）（對氣體,d懂得為相鄰分子間的平均距離）分子的數(shù)量nMNAVNAMNAVNAV 1V12. 分子永不停息地做無規(guī)章熱運動（1）分子永不停息做無規(guī)章熱運動的試驗事實：擴散現(xiàn)象和布郎運動；（2）布朗運動布朗運動是懸浮在液體（或氣體）中的固體微粒的無規(guī)章運動；布朗運動不是分子本身的運動,但它間接地反映了液體（氣體）分子的無規(guī)章運動；（3）試驗中畫出的布朗運動路線的折線,不是微粒運動的 真實軌跡；由于圖中的每一段折線,置的連線,就是在這短短的 規(guī)章的；是每隔 30s 時間觀看到

3、的微粒位 30s 內(nèi),小顆粒的運動也是極不（4）布朗運動產(chǎn)生的緣由 大量液體分子（或氣體）永不停息地做無規(guī)章運動時,對懸浮在其中的微粒撞擊作用的不平穩(wěn)性是產(chǎn)生布朗運動 的緣由；簡言之：液體（或氣體）分子永不停息的無規(guī)章運 動是產(chǎn)生布朗運動的緣由；2 （5）影響布朗運動猛烈程度的因素 固體微粒越小,溫度越高,固體微粒四周的液體分子運動越不規(guī)章,對微粒碰撞的不平穩(wěn)性越強,布朗運動越猛烈；（6）能在液體 （或氣體） 中做布朗運動的微粒都是很小的,一般數(shù)量級在 錯誤 . 未找到引用源； ,這種微粒肉眼是看不到 的,必需借助于顯微鏡；3.分子間存在著相互作用力（1）分子間的引力和斥力同時存在,實際表現(xiàn)出

4、來的分子 力是分子引力和斥力的合力；分子間的引力和斥力只與分子間距離 分子的運動狀態(tài)無關；相對位置 有關,與（2）分子間的引力和斥力都隨分子間的距離 r 的增大而減小,隨分子間的距離 的變化快；r 的減小而增大,但斥力的變化比引力（3）分子力 F 和距離 r 的關系如下圖3 （注：上圖中r 1r0：數(shù)量級1010m）4.物體的內(nèi)能1 做熱運動的分子具有的動能叫分子動能；溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志；2 由分子間相對位置打算的勢能叫分子勢能；分子力做正功時分子勢能減??；分子力作負功時分子勢能增大；當r=r 0即分子處于平穩(wěn)位置時分子勢能最小；不論r 從 r0 增大仍是減小,分子勢能都將增

5、大；假如以分子間距離為無窮遠時分 子勢能為零,就分子勢能隨分子間距離而變的圖象如上圖；3 物體中全部分子做熱運動的動能和分子勢能的總和叫 做物體的內(nèi)能；物體的內(nèi)能跟物體的溫度和體積及物質(zhì)的量 都有關系,定質(zhì)量的抱負氣體的內(nèi)能只跟溫度有關；4 內(nèi)能與機械能： 運動形式不同, 內(nèi)能對應分子的熱運動,機械能對于物體的機械運動；物體的內(nèi)能和機械能在肯定條 件下可以相互轉化；4 二、固體1晶體和非晶體（1）在外形上,晶體具有確定的幾何外形,而非晶體就 沒有；（2）在物理性質(zhì)上,晶體具有各向異性,而非晶體就是 各向同性的；（3）晶體具有確定的熔點,而非晶體沒有確定的熔點；（4）晶體和非晶體并不是肯定的,它

6、們在肯定條件下可 以相互轉化；例如把晶體硫加熱熔化（溫度不超過 300 ）后再倒進冷水中,會變成松軟的非晶體硫,再過一段時間又 會轉化為晶體硫；2多晶體和單晶體 單個的晶體顆粒是單晶體,由單晶體雜亂無章地組合在一 起是多晶體；多晶體具有各向同性；3晶體的各向異性及其微觀說明 在物理性質(zhì)上,晶體具有各向異性,而非晶體就是各向 同性的；通常所說的物理性質(zhì)包括彈性、硬度、導熱性能、導電性能、光的折射性能等；晶體的各向異性是指晶體在不5 同方向上物理性質(zhì)不同,也就是沿不同方向去測試晶體的物理性能時測量結果不同；需要留意的是, 晶體具有各向異性,并不是說每一種晶體都能在各物理性質(zhì)上都表現(xiàn)出各向異 性；晶

7、體內(nèi)部結構的有規(guī)章性,在不同方向上物質(zhì)微粒的排 列情形不同導致晶體具有各向異性；4.晶體與非晶體、單晶體與單晶體的比較三、液體 1.液體的微觀結構及物理特性（1）從宏觀看 由于液體介于氣體和固體之間,所以液體既像固體具有一 定的體積,不易壓縮,又像氣體沒有外形,具有流淌性；（2）從微觀看有如下特點 液體分子密集在一起,具有體積不易壓縮；6 分子間距接近固體分子,相互作用力很大；液體分子在很小的區(qū)域內(nèi)有規(guī)章排列,此區(qū)域是臨時形 成的,邊界和大小隨時轉變,并且雜亂無章排列,因而液體 表現(xiàn)出各向同性；液體分子的熱運動雖然與固體分子類似,但無長期固定 的平穩(wěn)位置,可在液體中移動,因而顯示出流淌性,且擴

8、散 比固體快；2液體的表面張力 假如在液體表面任意畫一條線,線兩側的液體之間的作用 力是引力,它的作用是使液風光繃緊,所以叫液體的表面張 力；特殊提示：表面張力使液體自動收縮,由于有表面張力的作用,液 體表面有收縮到最小的趨勢,表面張力的方向跟液面相切；表面張力的形成緣由是表面層（液體跟空氣接觸的一個 薄層）中分子間距離大,分子間的相互作用表現(xiàn)為引力；表面張力的大小除了跟邊界線長度有關外,仍跟液體的 種類、溫度有關；四、液晶 1液晶的物理性質(zhì) 液晶具有液體的流淌性,又具有晶體的光學各向異性；7 2液晶分子的排列特點 液晶分子的位置無序使它像液體,但排列是有序使它像晶 體；3液晶的光學性質(zhì)對外界

9、條件的變化反應靈敏 液晶分子的排列是不穩(wěn)固的,外界條件和微小變動都會引 起液晶分子排列的變化,因而轉變液晶的某些性質(zhì),例如溫 度、壓力、摩擦、電磁作用、容器表面的差異等,都可以改 變液晶的光學性質(zhì)；如運算器的顯示屏,外加電壓液晶由透亮狀態(tài)變?yōu)榛鞚釥?態(tài)；五、氣體 1.氣體的狀態(tài)參量（1）溫度：溫度在宏觀上表示物體的冷熱程度；在微觀上 是分子平均動能的標志；熱力學溫度是國際單位制中的基本量之一,符號 T,單 位 K（開爾文）；攝氏溫度是導出單位,符號 t,單位（攝 氏度）；關系是 t= T-T0,其中 T0=273.15K 兩種溫度間的關系可以表示為：T = t+273.15K 和 T = t,

10、要留意兩種單位制下每一度的間隔是相同的；0K 是低溫的極限,它表示全部分子都停止了熱運動；可以無限接近,但永久不能達到；8 氣體分子速率分布曲線圖像表示：擁有不同速率的氣體分子在總分子數(shù)中所占 的百分比；圖像下面積可表示為分子總數(shù)；特點：同一溫度下,分子總呈“ 中間多兩頭少” 的分布 特點,即速率處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較??；溫度越高, 速率大的分子增多；曲線極大值處所對應的速率值向速率增大的方向移動,曲線將 拉寬,高度降低,變得平整；（2）體積 :氣體總是布滿它所在的容器,所以氣體的體積總 是等于盛裝氣體的容器的容積；（3）壓強 :氣體的壓強是由于大量氣體分子

11、頻繁碰撞器壁而 產(chǎn)生的；（4）氣體壓強的微觀意義：大量做無規(guī)章熱運動的氣體分 子對器壁頻繁、連續(xù)地碰撞產(chǎn)生了氣體的壓強；單個分子碰 撞器壁的沖力是短暫的,但是大量分子頻繁地碰撞器壁,就 對器壁產(chǎn)生連續(xù)、勻稱的壓力；所以從分子動理論的觀點來 看,氣體的壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的9 平均作用力；（5）打算氣體壓強大小的因素：微觀因素：氣體壓強由氣體分子的密集程度和平均動能決 定：A、氣體分子的密集程度（即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目）越大,在單位時間內(nèi), 與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就越多；B、氣體的溫度上升,氣體分子的平均動能變大,每個氣體 分子與器壁的碰撞（可視為彈性碰撞）給器壁的沖

12、力就大；從另一方面講,氣體分子的平均速率大,在單位時間里撞擊 器壁的次數(shù)就多,累計沖力就大；宏觀因素：氣體的體積增大,分子的密集程度變小；在此 情形下,如溫度不變,氣體壓強減?。蝗鐪囟冉档?氣體壓 強進一步減??；如溫度上升,就氣體壓強可能不變,可能變 化,由氣體的體積變化和溫度變化兩個因素哪一個起主導地 位來定；2氣體試驗定律（1）等溫變化 -玻意耳定律 內(nèi)容：肯定質(zhì)量的某種氣體,在溫度不變的情形下,壓 強 p 與體積 V 成反比；公式：或或（常量）10 （2）等容變化 -查理定律 內(nèi)容：肯定質(zhì)量的某種氣體,在體積不變的情形下,壓強 p 與熱力學溫度T 成正比；（常量）公式：或或（3）等壓變化

13、 -蓋 呂薩克定律 內(nèi)容：肯定質(zhì)量的某種氣體,在壓強不變的情形下,體積V 與熱力學溫度T 成正比；（常量）公式：或或3對氣體試驗定律的微觀說明（1）玻意耳定律的微觀說明 肯定質(zhì)量的抱負氣體,分子的總數(shù)是肯定的,在溫度保持 不變時,分子的平均動能保持不變,氣體的體積減小到原先 的幾分之一,氣體的密集程度就增大到原先的幾倍,因此壓 強就增大到原先的幾倍,反之亦然,所以氣體的壓強與體積 成反比；（2）查理定律的微觀說明肯定質(zhì)量的抱負氣體,說明氣體總分子數(shù)N 不變；氣體體積 V 不變,就單位體積內(nèi)的分子數(shù)不變；11 當氣體溫度上升時,說明分子的平均動能增大,就單位時間內(nèi)跟器壁單位面積上 碰撞的分子數(shù)增

14、多,且每次碰撞器壁產(chǎn)生的平均沖力增大,因此氣體壓強 p 將增大；（3）蓋 呂薩克定律的微觀說明 肯定質(zhì)量的抱負氣體,當溫度上升時,氣體分子的平均動 能增大； 要保持壓強不變, 必需減小單位體積內(nèi)的分子個數(shù),即增大氣體的體積；4. 抱負氣體狀態(tài)方程：肯定質(zhì)量的抱負氣體狀態(tài)方程：公式：PV = 恒量 T（含密度式：P 1P 2）,其它或P 1 V 1P 2 V2T 1T21 T 12T 2留意：運算時公式兩邊T 必需統(tǒng)一為熱力學溫度單位兩邊單位相同即可；5.* 克拉珀龍方程：PVnRTMRTR 為普適氣體恒量,n為摩爾數(shù)）六、熱力學定律1.熱力學第零定律（熱平穩(wěn)固律）：假如兩個系統(tǒng)分別與第 三個系

15、統(tǒng)達到熱平穩(wěn),那么這兩個系統(tǒng)彼此之間也必定處于 熱平穩(wěn)12 2.熱力學第肯定律： EW+Q 能的轉化守恒定律 第一類永動機（違反能量守恒定律）不行能制成 . 1 做功和熱傳遞都能轉變物體的內(nèi)能；也就是說,做功和熱傳遞對轉變物體的內(nèi)能是等效的；但從能量轉化和守恒的觀點看又是有區(qū)分的：做功是其他能和內(nèi)能之間的轉化,功是內(nèi)能轉化的量度；而熱傳遞是內(nèi)能間的轉移,熱量是內(nèi)能轉移的量度；2 符號法就：體積增大 ,氣體對外做功 ,W 為“ 一” ；體積減小 ,外界對氣體做功 ,W 為“+ ” ；氣體從外界吸熱 ,Q 為“+ ” ；氣體對外界放熱,Q 為“ 一” ；內(nèi)能削減,溫度上升 ,內(nèi)能增量 E 是取“

16、+ ” ；溫度降低 ,E 取“ 一” ；3 三種特殊情形：等溫變化E=0 ,即 W+Q=0 E O P T2T1V 絕熱膨脹或壓縮：Q=0 即 W=等容變化： W=0 ,Q=E 4 由圖線爭論抱負氣體的功、熱量和內(nèi)能a c 等溫線 （雙曲線） ：肯定質(zhì)量的理b 想氣體,ab,等溫降壓膨脹,內(nèi)能不變,13 吸熱等于對外做功；b c,等容升溫升壓,不做功,吸熱等于內(nèi)能增加；ca,等壓降溫收縮,外界做功和放熱等于內(nèi)能削減；圖像下面積表示做功：體積增大氣體對外做功,體積 減小外界對氣體做功等容線（過 0K 點直線或通過t 軸上一P V 2273.15 的直線）：P a b P2c V1T 肯定質(zhì)量的抱負氣體,ab,等溫降壓膨脹,內(nèi)能不變,吸熱等于對外做功；V a b c P1b c,等容升溫升壓,不做功,吸熱等于內(nèi)能增加；ca,等壓降溫收縮,外界做功和P T 放熱等于內(nèi)能削減；等壓線（過 0K 點直線或通過 肯定質(zhì)量的抱負氣體,t 軸上一 273.15 的直線）：ab,等溫升壓收縮,內(nèi)能不變,外界做功等于放熱；14 b c,等壓升溫膨脹,吸熱和對外做功等于內(nèi)能增加；ca,等容降溫降壓,不做功,內(nèi)能削減等于放熱；3.熱學其次定律（1）其次類永動機不行能制成（滿意能量守恒定律,但違反熱力學其次定律）實質(zhì) :涉及熱現(xiàn)象 自然界中 的宏觀過程都具有方向性 ,是不 可逆的（2）熱傳遞方向表述克勞