高中物理选修3-3、4、5讲义.doc

1、操千曲而后晓声，观千剑而后识器。1选修 3-3一、知识精讲（1）分子动理论1、物体是由大量分子组成的微观量：分子体积 V0、分子直径 d、分子质量 m0宏观量：物质体积 V、摩尔体积 VA、物体质量 m、摩尔质量 M、物质密度 。联系桥梁：阿伏加德罗常数（N A6.0210 23mol1 ） AV（1）分子质量： A0NMm（2）分子体积： 0V（对气体，V 0 应为气体分子占据的空间大小）（3）分子大小：(数量级 10-10m)球体模型 直径 （固、液体一般用此模型）30 )2(4dNMVA306V立方体模型 （气体一般用此模型；对气体，d 应理解为相邻分子间的平均距离）30=注意： 固体、

2、液体分子可估算分子质量、大小(认为分子一个挨一个紧密排列) ；气体分子间距很大，大小可忽略，不可估算大小，只能估算气体分子所占空间、分子 质量。 分子体积很小，它的直径数量级是 10-10m油膜法测分子直径：d = V/s，V 是油滴体积，s 是水面上形成的单层分子油膜的面积 分子质量很小，一般分子质量的数量级是 10-26 kg 分子间有空隙 阿伏伽德罗常数：l 摩的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量值为NA = 6.021023mol-1阿伏伽德罗常数是个十分巨大的数字，分子的体积、质量都十分小，从而说明物质是由大量分子组成的（4）分子的数量： 或者 ANMVmnNA ANMVnNA2

3、、分子永不停息地做无规则运动（1）扩散现象：不同物质彼此进入对方的现象。温度越高，扩散越快。直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动。温度越高分子运动越剧烈。操千曲而后晓声，观千剑而后识器。2（2）布朗运动：悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动。发生原因是固体微粒受到包围微粒的液体分子无规则运动地撞击的不平衡性造成的因而间接说明了液体分子在永不停息地做无规则运动注意： 布朗运动是固体微粒的运动而不是固体微粒中分子的无规则运动布朗运动反映液体分子的无规则运动但不是液体分子的运动课本中所示的布朗运动路线，不是固体微粒运动的轨迹 微粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显3、分子间存在相

4、互作用的引力和斥力分子间引力和斥力一定同时存在，且都随分子间距离的增大而减小，随分子间距离的减小而增大，但斥力变化快，实际表现出的分子力是分子引力和分子斥力的合力分子力的表现及变化，对于曲线注意两个距离，即平衡距离 r0（约 1010 m）与 10r0。（）当分子间距离为 r0 时，分子力为零。（）当分子间距 rr 0 时，引力大于斥力，分子力表现为引力。当分子间距离由 r0 增大时，分子力先增大后减小（）当分子间距 rr 0 时，斥力大于引力，分子力表现为斥力。当分子间距离由 r0 减小时，分子力不断增大（4）r10r 0后，f 引 、f 斥 都迅速减为零，可认为分子力 F = 0（2）温度

5、和内能1、分子不规则运动统计规律单个分子的运动都是不规则的、带有偶然性的；大量分子的集体行为受到统计规律的支配。多数分子速率都在某个值附近，满足“中间多，两头少”的分布规律。2、分子平均动能物体内所有分子动能的平均值。温度是分子平均动能大小的标志。温度越高，分子平均动能越大。温度相同时任何物体的分子平均动能相等，但平均速率一般不等（分子质量不同） 3、分子势能(1)一般规定无穷远处分子势能为零，(2)分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加。(3)分子势能与分子间距离 r0 关系当 rr 0 时，r 增大，分子力为引力，分子力做负功分子势能增大。当 rr 0 时，r 减小，分子力为斥

6、力，分子力做负功分子势能增大。当 r=r0（平衡距离）时，分子势能最小（为负值）(3)决定分子势能的因素：从宏观上看：分子势能跟物体的体积有关。 （注意体积增大，分子势能不一定增大） ；从微观上看：分子势能跟分子间距离 r 有关。4、内能物体内所有分子无规则运动的动能和分子势能的总和 PKEN内(1)内能是状态量 (2)内能是宏观量，只对大量分子组成的物体有意义，对个别分子无意义。(3)物体的内能由物质的量（分子数量） 、温度（分子平均动能） 、体积（分子间势能）决定，x0EPr0操千曲而后晓声，观千剑而后识器。3与物体的宏观机械运动状态无关内能与机械能没有必然联系操千曲而后晓声，观千剑而后识

7、器。4（3）气体探究一定质量理想气体压强 p、体积 V、温度 T 之间关系，采用的是控制变量法三种变化：等温变化，玻意耳定律：PVC等容变化，查理定律： P / TC 等压变化，盖吕萨克定律：V/ TC1、玻意耳定律（1）内容概述：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强跟体积成反比，（2）数学表达式：P 或 P 1Vl P 2V2（3）图象解析：玻意耳定律可以用图线表示在平面直角坐标系中，用纵轴表示气体的压强 P，用横轴表示气体的体积 V，在坐标平面上的点代表气体的一个状态温度相同的一系列点组成的曲线就是气体的等温线，代表气体的一个等温变化过程由于等温变化过程中气体的体积和压强成反比，因

8、而等温线是双曲线的一支对于一定质量的气体而言，不同的等温线对应于气体的不同温度PV 乘积越大的等温线表示气体的温度越高如上图所示的两条等温线，在相同压强下的体积 V2V 1，就表示它们分别代表的温度T2T l.同样也可以根据相同体积下的压强大小来判断温度高低利用图线反映状态变化情况就比较直观（4）解题方法指导：在使用玻意耳定律解题时，要首先明确所研究的气体，尽可能分析清楚气体的变化过程，选择变化过程中的某两个状态正确写出它们的状态参量(包括未知量)，然后根据玻意耳定律列出方程，设法从所列方程中解出要求的末知量。2、查理定律（1）内容概述：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强跟热力学温度

9、成正比。（2）数学表达式： P T 或 tPTP2731;02121（3）图线解析：查理定律可以用图线表示在平面直角坐标系中，用纵轴表示气体的压强，用横轴表示气体的热力学温度 T，在坐标平面上的点代表气体的一个状态，体积相同的一系列点组成的曲线就是气体的等容线，代表气体的等容变化过程。由于等容变化过程中气体的压强与热力学温度成正比，因而等容线是一条倾斜的直线对操千曲而后晓声，观千剑而后识器。5于一定质量的气体而言，不同容积下的等容线对应于气体的不同体积P/T 的值越大的等容线表示气体的体积越小如上图所示的两条等容线分别代表的体积关系为 V2V 1.延长等容线可以看到，当 P0时，等容线的延长线

10、通过坐标原点，这时对应的热力学温度为0（K） 实际上，在温度降到0（K）之前，查理定律已不适用，因此等容线向坐标原点方向的延长线要用虚线表示3、盖吕萨克定律（1）内容概述：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比（2）数学表达式： V T， tVTV2731;02121（3）图象解析：盖吕萨克定律也可以用图线表示在平面直角坐标系中，用纵轴表示气体体积 V，用横轴表示气体的热力学温度 T，在坐标平面上的点代表气体的一个状态压强相同的一系列点组成的曲线就是气体的等压线，代表气体的等压变化过程由于等压变化过程中气体的体积与热力学温度成正比，因而等压线是一条倾斜的直线对于一定质量

11、的气体而言，不同压强下等压的等压线对应着气体的不同压强，V/T 的值越大的等压线表示气体的压强越小如上图所示的两条等压线分别代表的压强关系为 P2P1 .延长等压线可以看到，当 V0时，等压线的延长线通过坐标原点，这时对应的热力学温度为0（K） ，这时气体不能看作理想气体，盖吕萨克定律已不适用，因此等压线向坐标原点方向的延长线也要用虚线表示。4、理想气体状态方程（1）内容：一定质量的理想气体，压强和体积的乘积与热力学温度的比值等于一个常量。即 常 量CTVPTVn21（2）理想气体状态方程的应用：用理想气体状态方程解决问题时，要注意选取一定质量的气体作为研究对象，根据题目叙述的状态变化过程，选

12、择变化过程中的两个状态、并分析其状态参量，状态参量不一定都是已知量，很多情况下它会包含题目所要求的未知量，如气缸活塞类问题，往往根据活塞的平衡来确定气体的压强，试管水银柱类的问题，若水银柱平衡，可由平衡条件来求气体的压强，若水银柱处于加速状态，可由牛顿第二定律确定水银柱所受气体的压力从而确定气体的压强。一旦破译了题设的有关隐含量，再根据理想气体状态方程可列出方程并求出未知量对于有两部分或者两部分以上气体相联系的问题，由于涉及的物理量比较多，通常难度也比较大，因而在高考中也时常出现，解决这类问题时，不仅要有扎实的基本功，还需要有清晰的思路和综合分析能力。5、重难点知识讲解1) 关于温度、压强的理

13、解:温度：宏观上表示物体的冷热程度；微观上是分子平均动能的标志压强：宏观上是单位面积上所受的压力；微观上是大量气体分子对器壁的频繁碰撞所致操千曲而后晓声，观千剑而后识器。62) 求封闭气体压强的两种基本方法：如果封闭物（如液柱、活塞等）静止或匀速运动时，则采用平衡法，即 F=0如果封闭物（如液柱或活塞等）做匀变速运动时，则采用牛顿第二定律求解法，即F=ma3) 常见的气体压强单位的换算：l 标准大气压=76cmHg=1.013105Pa=10.34米水柱4) 在做好玻意耳定律的实验的基础上学会采用三种方或描述：列表法：图线法；数学公式表达法5) 在 P-V 图象上的等温线特点：等温线是一簇双曲

14、线，在这簇双曲线里越远离坐标原点的双曲线代表温度越高6) 为了证实等温变化曲线是双曲线，可采用画 图象来直观反映。此时在 图象里VP1VP1反映的是过坐标原点的正比直线，且斜率大者温度高7) 应用玻意耳定律解题要跟踪一定质量的气体，先找出对应的始末状态的 P、V 参量，再列方程求解，方程式两边的单位只要能统一即可8) 正确理解 的物理含义，注意 p0为0时气体的压强，p t为 t时气体的压27310tPt强9) 在 pt 图像上的等容线特点：等容线是一簇不过坐标原点的倾斜直线，在这簇倾斜直线里斜率越小，体积越大；斜率越大，体积越小。10) 查理定律的微观解释：在单位体积内所含的分子数不变的情况

15、下，温度升高，单位时间内分子撞击器壁的次数增多，而且每次撞击器壁的冲力也增大，所以气体的压强增大；反之，温度降低，则压强减小11) 热力学温度和摄氏温度的每一度温差的大小是相同的，即 T=t；只是它们的零度起点不同绝对零度是宇宙间低温的极限，只能无限接近，永远无法达到12) 引入热力学温标后的查理定律表达式：p 1/p2=T1/T2 或 p/T=恒量 或 p=KT（K 为恒量）13) 判断两团气体被液柱（或活塞）隔开，当温度变化时液柱（或活塞）移动问题的基本方法：设等容法。即 。TPp14) 、理想气体的微观模型：每个分子都可以看作是弹性小球；气体分子本身的大小可以不计；除碰撞的瞬间外，气体分

16、子之间没有相互作用15) 推导气态方程基本方法：假设中间过渡状态，设气体先等压变化后等容变化；也可采用先等容变化后等压变化来进行推导。16) 气体实验定律的图线意义，如图所示要注意：1 各定律在 p-V、p-T 和 V-T 图像中的对应围线形状2 图线中某点所代表的物理意义；图线中某线段所代表的物理意义3 （3）对于一定质量的气体；p-V 图线的 pV 积的大小反映气体的温度高低；p-T 图线的斜率大小反映气体的体积：VT 图线的斜率大小反映气体的压强17) 应用气态方程解题的方法步骤操千曲而后晓声，观千剑而后识器。7选取研究对象，即确定研究的是哪一部分气体(或哪几部分气体)，并将这部分气体从

17、周围环境中“隔离”出来对研究对象进行状态分析和状态变化过程分析，即分析初、末状态的压强、体积和温度中，哪些已知，哪些未知；有时还有中间态（为避免混淆可画简图或列图表进行对比分析）还要分析状态变化的特点(质量有无变化、有无不变的参量等)据状态变化特点列方程若问题只与气体的一个状态相关，应选用 列方程，RTMmPV若涉及两个状态，且气体质量不变，应选用 列方程，如果有两个以上的研究对象，21TVP有时还要利用它们之间的压强关系、体积关系或温度关系列出辅助方程解方程，统一单位，进行运算，求出结果有时还需对结果进行必要的讨论，在应用定质量气态方程 解题时，公式两边的 P 和 V 的单位必须统一在应用克

18、拉珀龙方程21TVP解题时，R 的单位要与 P、V 的单位相适应；在国际单位制中，压强的单位为MmPV“Pa”，体积的单位为“m 3”，温度的单位为“K” ，摩尔气体常量 R 8.3J/molK无论用气态方程的哪种形式解题，T 的单位都必须采用热力学温度18) 被封闭的气体的压强问题在应用气体定律和气态方程解题时，往往要选择被封闭的气体为研究对象，正确求解气体的压强是解题的关键被封闭的气体压强的计算一般有以下几种方法1 利用连通器原理在同种液体中同一水平面上的各点压强都相等当管内液面低于管外液面时（如图所示） ，设大气压强为 p0，管内液体与管外液体便构成了一个连通器，在同一水平面上分别取两点

19、 A,B，故 pA=pB，由于 pA=po+ 液 gh，而且 p 气 =pB，故有 p 气 =PO- 液 gh当管内液面高于管外液面时（如图所示） ，分析方法与上述相同，容易得到：p 气 =PO- 液gh2 利用静力平衡原理如果气体被液体或其它物体所封闭且处于平衡状态可以利用力的平衡原理求解注意：在进行压强的加减运算时，一定要注意压强单位的统一；静力平衡法只适用于热学系统处于静止或匀速运动状态封闭气体压强的计算3 应用牛顿运动定律求解若封闭气体的系统作匀变速运动时，可以对研究对象进行受力分析、并应用牛顿第二定律列出动力学方程来求出被封闭的气体的压强19) 利用图象讨论气体状态变化问题利用图象讨

20、论气体状态的变化首先必须熟悉气体三个等值变化的基本图象及与三个等值变操千曲而后晓声，观千剑而后识器。8化直接相关的物理量的变化情况1 等温变化的图象一定质量的气体等温变化的图线在 PV 图上是以 P 轴、V 轴为渐近线的双曲线，质量一定，温度越高，该双曲线越偏离 PV 轴若温度一定，等温线偏离 P、V 轴愈远，则对应气体质量愈大如图所示，若质量一定，则 TIT II；若温度一定，则 mIm II2 等容变化的图象一定质量的气体等容变化的图线在 P-T 图上是一条（延长线）过原点的直线。质量一定，容积越大，直线的斜率越小（取一确定的温度，容积越大，压强越小，直线的斜率越小） 若容积一定，质量越大

21、，直线的斜率越大如图所示，若质量一定，则 VIV ，若容积一定，则mIm II3 等压变化的图象一定质量的气体等压变化的图线在 V-T 图上是一条（延长线）过原点的直线质量一定，压强越大，直线的斜率越小；若压强一定，质量越大，直线的斜率越大若质量一定，则PIP ；若压强一定，则 mIm 4 、应用图线判定气体某热循环过程能否实现的问题6、饱和汽和饱和汽压1) 饱和汽与饱和汽压：在单位时间内回到液体中的分子数等于从液面飞出去的分子数，这时汽的密度不再增大，液体也不再减少，液体和汽之间达到了平衡状态，这种平衡叫做动态平衡。我们把跟液体处于动态平衡的汽叫做饱和汽，把没有达到饱和状态的汽叫做未饱和汽。

22、在一定温度下，饱和汽的压强一定，叫做饱和汽压。未饱和汽的压强小于饱和汽压。饱和汽压影响因素：与温度有关，温度升高，饱和气压增大 饱和汽压与饱和汽的体积无关2) 空气的湿度1 空气的绝对湿度：用空气中所含水蒸气的压强来表示的湿度叫做空气的绝对湿度。2 空气的相对湿度： 同 温 度 下 水 的 饱 和 汽 压水 蒸 气 的 实 际 汽 压相 对 湿 度 相对湿度更能够描述空气的潮湿程度，影响蒸发快慢以及影响人们对干爽与潮湿感受。3 （干湿泡湿度计：两温度计的示数差别越大，空气的相对湿度越小。等容图象操千曲而后晓声，观千剑而后识器。9（五）物态和物态变化1. 固体1) 晶体和非晶体1 晶体内部的微粒

23、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 单晶体：如果一个物体就是一个完整的晶体，这样的晶体叫做单晶体。例如：雪花、食盐小颗粒、单晶硅、单晶锗等。多晶体：如果整个物体是由许多杂乱无章地排列着的小晶体组成的，这样的物体叫做多晶体其中的小晶体叫做晶粒。 多晶体没有规则的几何形状 多晶体不显示各向异性（每一晶粒内部都是各向异性的） ，有确定的熔点（固体是否有确定的熔点，可作为区分晶体非晶体的标志）3 一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现

24、。许多非晶体在一定的条件下可以转化为晶体。在冷却得足够快和冷却到足够低的温度时，几乎所有的材料都能成为非晶体晶体。4 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。5 常见的晶体有：石英、云母、明矾、食盐、硫酸铜、糖、味精等6 几种常见晶体的规则外形： 食盐的晶体呈立方体形； 明矾的晶体呈八面体形； 石英的晶体中间是一个六棱柱，两端呈六棱锥； 雪花是水蒸气在空气中凝华时形成的晶体，一般为六角形的规则图案2. 液体1) 液体的微观结构1 液体有一定的体积，不易被压缩

25、，这一特点跟固体样；另一方面又像气体，没有一定的形状，具有流动性。2 液体的分子间距离大约为 r0，相互作用较强，液体分子的热运动主要表现为在平衡位置附近做微小的振动，这一点跟固体分子的运动情况类似。但液体分子没有固定的平衡位置，它们在某一平衡位置附近振动一小段时间后，又转到另一个平衡位置去振动。这就是液体具有流动性的原因。这一个特点明显区别于固体。3 液体与非晶体的微观结构很类似。非晶体随着温度的升高而逐渐软化，流动性也逐渐增加。因此，有时把非晶体看作是过冷液体，而固体往往只专指晶体。液体的表面张力2) 液晶：介于固体和液体之间的特殊物态物理性质具有晶体的光学各向异性在某个方向上看其分子排列

26、比较整齐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3) 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，rr0 ，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：放在洁净的玻璃板上的一滴水，会附着在玻璃板上形成薄层把一块洁净的玻璃片浸入水里再取出来，玻璃表面会沾上一层水这种现象叫做浸润。对玻璃来说，水是浸润液体。放在洁净的玻璃板上的一滴水银，能够在玻璃板上滚来滚去，而不附着在上面把一块洁操千曲而后晓声，观千剑而后识器。10净的玻璃片浸入水银里再

27、取出来，玻璃上也不附着水银这种现象叫做不浸润。对玻璃来说，水银是不浸润液体同一种液体，对一些固体是浸润的，对另一些固体是不浸润的。水能浸润玻璃，但不能浸润石蜡水银不能浸润玻璃，但能浸润铅。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（）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。管的内径越细，液体越高 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(五)热力学定律1、改变物体内能的两种方式：做功和热传递。做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但它们的本质不一样；做功是其

28、他形式的能和内能之间的转化，热传递是物体间内能的转移。做 4.2J 的功与传递 1cal（卡路里）的热量，在改变物体内能上是等效的。热功当量 J4.2J/cal。等效不等质：做功是内能与其他形式的能发生转化；热传递是不同物体（或同一物体的不同部分）之间内能的转移，它们改变内能的效果是相同的。概念区别：温度、内能是状态量，热量和功则是过程量，热传递的前提条件是存在温差，传递的是热量而不是温度，实质上是内能的转移2、热力学第一定律(1)内容：一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递的过程，外界对物体做的功W 与物体从外界吸收的热量 Q 之和等于物体的内能的增加量 U (2)数学表达式为：UW

29、+Q (3)符号法则：(4)绝热过程Q0，关键词“绝热材料”或“变化迅速”(5)对理想气体：U 取决于温度变化，温度升高 U0 ，温度降低 U0；特例：如果是气体向真空扩散，W03、能量守恒定律：（1）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别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 （2）第一类永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功的机器。 （违背能量守恒定律）注意：热量和内能的区别：热量是热传递过程中物体内能的改变量。内能则是物体内所有分子的动能与分子势能的总和。热量与物体的内能多少、温度高低无关。4、热力学第二定律（1）热传导的方向性：热传导的过程可以自发地由高温物体向低温物体进行，但相反方向却做功 W 热量 Q 内能的改变 U取正值“+ ” 外界对系统做功 系统从外界吸收热量 系统的内能增加取负值“” 系统对外界做功 系统向外界放出热量 系统的内能减少