高中物理-热学-思维导图

物理热学思维导图选修3-3

热学(3-3)

• 分子动理论
  • 内容
    • 物质是由大量分子组成的
      • 分子的含义
        • 泛指构成物质的微观粒子(含原子，粒子，分子)
      • 分子的模型
        • 球形紧挨
          • 一般用于固体、液体分子直径的计算
        • 立方体
          • 有时也用于固体、液体分子大小的估算(将分子视为立方体形紧挨)
          • 一般用于估算气体分子之间的距离，将分子看作位于所占据的立方体空间的中心处，则间距即为正方体的棱长
      • 分子的大小
        • 单分子油膜法
          • 模型
            • 分子为球形紧挨
            • 油膜为单分子层
          • 原理
            • d=V/S(V为纯油酸体积)
          • 注意
            • 痱子粉的作用
              • 显示油膜的轮廓
            • 测面积的方法
              • 格子数×面积
            • 数格子的方法
              • 先做尽可能大的矩形，不完整的格子四舍五入
        • 分子的直径
          • 数量级为十的负十次方米左右
      • 阿伏伽德罗常数
        • 定义
          • 1mol(任何)物质含有的微粒数
        • 意义
          • 联系宏观与微观的桥梁
        • 应用
          • 估算分子大小、间距
            • m=M/NA
              • M为摩尔质量，m为单个分子的质量(数量级为十的负26次方kg左右)
            • v=V/NA(V为摩尔体积)
              • 固液
                • v指分子体积，可估算分子大小
              • 气体
                • v指分子占据的体积，可估算分子间距
          • 估算分子质量
            • n=m/M×NA
              • m为物体的质量
            • n=V/22.4×NA
              • V为标况下气体的实际体积
    • 分子永不停息做无规则运动
      • 扩散
        • 固体间
          • 半导体掺入其他元素
        • 液体间
          • 酱油与鸡蛋清
        • 气体间
          • NO2与空气
      • 布朗运动
        • 定义
          • 悬浮颗粒的无规则运动
        • 成因
          • 液体是由大量分子组成的
          • 分子不停地做无规则运动
          • 微粒受到周围分子撞击不平衡的运动
        • 有关因素
          • 速度
            • 越高越剧烈
          • 颗粒大小
            • 越小越显著
        • 意义
          • 间接反应了(周围分子)的无规则运动
        • 注意
          • 颗粒是指在显微镜下观察到的(肉眼看到的不是)
          • 不是分子的运动(扫描隧道显微镜才能看到分子)而是颗粒的运动
          • 是由于周围分子撞击造成的，不是颗粒内分子撞击造成的(内力不会导致颗粒运动)
    • 分子之间存在相互作用力
      • 实验举例
        • 存在引力
        • 存在斥力
      • 分子力与分子间距图像
      • 类比模型
        • 两小球间固定一弹簧
          • 优点
            • 形象反映分子力(合力)特征
            • 弹簧存在弹性限度可以视为分子引力存在最大值的宏观表现
          • 缺点
            • 不能反映引力、斥力同时同在
      • 分子力本质
        • 电磁力
      • 注意
        • 玻璃不能拼在一起，不是斥力原因
          • 正解：拼接时，绝大部分分子没达到引力作用的范围
        • 压缩气体受到阻力，不是斥力原因
          • 正解：阻力是由大量气体分子热运动碰撞产生的
  • 温度和温标
    • 状态参量与热平衡
      • 热力学系统
        • 大量分子组成的研究对象
      • 状态参量
        • 几何参量
          • 体积
        • 力学参量
          • 压强
        • 热学参量
          • 温度
      • 平衡态
        • 状态参量不变的状态
    • 热平衡与温度
      • 热平衡
        • 两个系统接触，经过一段时间，状态差量不再变化
        • 定律——若两个系统分别与第三个系统达到热平衡，则这两个系统也必处于热平衡
      • 温度
        • 表征热平衡共同热学性质的物理量
        • 类比——力学压强、电学电势
    • 温度计与温标
      • 温标
        • 定义
          • 温度的表示方法
        • 建立
          • 确定测温物质与特性
            • 形形色色的温度计
          • 确定零点和分度
        • 分类
          • 摄氏温标
            • 国内常用
          • 热力学温标
            • 国际适用
      • 两种温标下温度的换算关系
        • T=t+273.15K
  • 内能
    • 分子动能
    • 分子势能
    • 物体内能
• 气体
  • 状态参量
    • 压强p
      • 产生
        • 封闭气体
          • 大量气体分子频繁碰撞器壁产生持续而均匀的压力，等会儿面积的压力即压强
          • 理解
            • 各方向压强相等
            • 液体压强是重力产生的但封闭容器内气体压强不是重力产生的
        • 大气压强
          • 微观上也是由于气体分于碰撞产生的，而宏观上则可以认为是大气层重力作用在地球表面产生的
      • 测量
        • 气压计
      • 单位
        • SI制：Pa
        • 常用：atm，cmHg等
      • 计算
        • 根据
          • 牛顿第二定律(若a=0，则F合=0)
          • 说明
            • 对象选取要灵活(液柱、液片、活塞、气缸)
            • 受力分析，其中气体压力F=Ps
            • 对弯曲管、插入液体的管封闭的气体压强求可以根据等压面(由连通磊原理、帕斯卡原理)直接写出
        • 典型
          • 活塞类
            • 活塞个数
              • 单塞
              • 双塞
            • 活塞质量
              • 不计
              • 考虑
            • 空间放置
              • 方向
                • 水平
                • 竖直
                  • 气缸开口向上
                  • 气缸开口向下
                • 倾斜
              • 依托
                • 放在地面上
                • 悬挂
            • 是否平衡
              • 静止或匀速
              • 有加速度
            • 封闭气体
              • 一部分
              • 两部分
          • 液柱类
            • 管的特征
              • 子主题
              • U形管
              • 复杂弯管
            • 封闭气体
              • 一部分
              • 两部分
    • 体积V
      • 定义
        • 气体所充满容器的体积
      • 单位
        • SI制：m³
        • 常用：L，ml
    • 温度T
      • 测量——温度计
      • 注：实验定律与状态方程中的温度一定要用热力学温度，摄氏温度要换算
  • 实验定律
    • 波义耳定律
      • 内容
        • 一定质量的理想气体，温度不变时，压强与体积成反比
      • 公式
        • PV=C
      • 图像
    • 查理定律
      • 内容
        • 一定质量的理想气体，在体积不变时，压强与热力学温度成正比
      • 公式
        • P/T=C
      • 图像
    • 盖·吕萨克定律
      • 内容
        • 一定质量的理想气体，在压强不变时，体积与热力学温度成正比
      • 公式
        • V/T=C
      • 图像
  • 状态方程
    • 理想气体
      • 定义
        • 遵守实验定理的气体
        • 温度不太低，压强不太高的实际气体可视为理想气体
        • 微观上不计分子间作用力(除碰撞外)
      • 内能
        • 定义一一气体所有分子的动能之和(分于势能为0)
        • 特征——一质量理想气体内能只与温度有关
    • 推导
      • 情景
        • 在图象上任意搭桥，设置一个中间状态，使初状态经两个特殊状态到末状态
      • 根据
        • 三个实验定律中的两个
      • 处理
        • 消去中间状态的参量，即可得初末状态参量间的关系
    • 公式
      • PV/T=C
      • 分态方程:PV/T=P1V1/T1+P2V2/T2+
    • 理解
      • 三个实验定律都可以视为是状态方程的特例
      • 状态方程可以视为克拉玻龙方程的变形(C=nR)
    • 应用
      • 明确对象(质量一定)与过程
      • 分析初末状态的参量
  • 微观意义
    • 气体分子动理论
      • 分子向各个方向运动的数目相等
      • 分子速率分布“中间多，两头少”
        • 正态分布图像
        • 注:温度升高，分于平均动能增加。但单个分子的速率不一定增加(无规则)
    • p有关量
      • 宏观
        • 温度，体积
      • 微观
        • 分子平均动能，分子密集程度
    • 微观解释
      • 思路
        • 牢牢抓住P微观的两个相关量分析，表述科学简洁
      • 典例一一对”等温变化，体积变大——压强变小”规范解释
        • 温度不变，则分子动能不变:体积变大，则分于密集程度变小，因此压强变大
• 热力学定律
  • 第零
    • 若两个系统均与第三个系统热平衡，则这两个系统也必定处于热平衡
  • 第一
    • 内容
      • 一个热力学系统内能的增量等于外界向他传递的热量与外界对他所做功之和
    • 公式及正负号含义
    • 理解
      • 能量守恒定律在热力学的体现
    • 应用
      • 第一类永动机无法制成
      • 理想气体两典型过程
        • (向真空)自由绝热扩散
          • 参量
            • V增加，T不变，P减小
          • 热一律
            • W=0，Q=0，U不变
        • (外力拉热导活塞)等温膨胀
          • 状态参量
            • T不变，V变大，P变小
          • 热一律
            • U不变，W小于零，Q大于零
  • 第二
    • 定义
      • 反映宏观自然过程的方向性的定律
    • 表述
      • 热量不能自发的从低温物体传到高温物体
      • 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
      • 气体向真空的自由膨胀是不可逆的
    • 与热一律的关系
      • 热一律反映W与Q均改变内能且能的总量不变。热二律则反映W与Q均有方向性。
    • 应用
      • 热机效率不可能达到一
      • 第二类永动机不可能制成
    • 微观解释
      • 一切自发过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行
      • 或：在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
  • 第三
    • 不可能通过有限的过程把一个物体冷却到绝对零度
• 固体和液体
  • 固体
  • 液体
    • 微观结构
      • 固、液体分子间距比气体小得多，液体分子作用力比固体分子间的作用力要小
      • 非晶体与液体微观结构相似。
    • 表面张力
      • 实验(注意肥皂膜的表现)
      • 现象列举
        • 昆虫停在水面上
        • 露珠呈球形
        • 雨水透不过布伞
      • 微观解释
        • 表面层分子间距离比内部大，分子力表现为引力
      • 方向
        • 与表面相切，与表面上任意一条线垂直
      • 效果
        • 使液体表面绷紧(收缩)——可类比成张紧的橡皮膜
      • 注意
        • 昆虫在液体表面静止与木块浮在液面上液体的作用力不同
    • 浸润和不浸润
      • 定义
        • 一种液体(不)浸润某种固体并(不)附着在固体的表面上的现象。
      • 有关
        • 与固液两种物质的性质都有关
      • 液体在玻璃容器中的表现
        • 浸润
          • 凹面
        • 不浸润
          • 凸面
      • 微观解释
        • 固液分子性质使附着层的液体分子间距与液体内部的不同。更密(稀疏)，导致(不)浸润
    • 毛细现象
      • 定义
        • (不)浸润液体在吸管中上升(下降)的现象
      • 解释
        • 弯曲液面的表面张力使液体向上(下)运动
      • 特征
        • 管的内径越细，现象越明显
      • 模型
        • 纸张，毛巾，木材，土壤砖块内部的细小孔道均为毛细管
      • 应用
        • 建筑防水
        • 松土保水，碾压挤水
    • 液晶
      • 定义
        • 既有液体的流动性，又具有晶体的各向异性的化合物
      • 微观示意图
      • 应用
        • 显示屏
  • 饱和汽与饱和汽压
    • 饱和汽与饱和汽压
      • 定义
        • 液体处于动态平衡的蒸汽叫饱和汽
      • 饱和汽压
        • 饱和汽压与温度有关，与体积无关(分子数密度一定)
        • 说明：饱和气压指的只是空气中水蒸气的分汽压
        • 降低温度，可以使未饱和汽变成饱和汽
    • 空气的湿度
      • 绝对湿度
        • 空气中所含水蒸气的压强
      • 相对湿度
        • 空气中水蒸气的压强与同一温度是水的饱和汽压之比
    • 温度计
      • 干湿计
      • 毛发
      • 传感器
  • 物态变化中的能量交换
    • 熔化热
      • 定义
        • 某种晶体熔化过程中所需的能量与其质量之比
      • 单位
        • J/kg
    • 汽化热
      • 定义
        • 液体汽化成同温度的气体时所需的能量与其质量之比
      • 单位
        • J/kg
      • 说明
        • 由于液体可以在任何温度下汽化，因此不同温度下的汽化热是不同的
    • 热管
      • 利用液化和汽化传递热量的装置(冰箱、空调)