第十一章熱學

2022-10-08 18:30:05 字數 4830 閱讀 9644

一 、擴散:不同物質相互接觸時彼此進入對方的現象

意義:分子永不停息的做無規則的運動,而且溫度越高,擴散越快。

固體、液體也有擴散現象

二、布朗運動2023年(英)布朗首先用顯微鏡觀察水中的花粉時發現的,稱為布朗運動。

1、運動是無規則的 2、顆粒體積越小越明顯,質量越小越明顯

3、溫度越高越明顯 4、氣體中沒有布朗運動

原因 ——顆粒足夠小時,來自各方向受到液體分子的撞擊作用是不平衡的,顆粒越小,分子數越少,不平衡性越顯著

三、布朗運動與擴散的異同

1、 是顆粒還是分子

2、 是直接還是間接反映分子的運動

3、 成因是相同的,都是分子的無規則運動引起的

練習1、 空氣中漂浮的灰塵的運動是不是布朗運動

否:(1)、與顆粒大小有關顆粒直徑10 -6公尺 (2)、空氣的流動

2、 物體運動的速度越大,布朗運動越顯著(×)

ⅲ 分子間的相互作用力

1、 哪些現象說明分子間有空隙?

擴散、布朗運動、教材彩圖(石墨原子)酒精和水相混合1+1≠2

2、 為什麼分子不能緊貼在一起?——分子間有斥力

3、 為什麼有空隙還能形成固體和液體?——分子間有引力

4、 分子間的引力和斥力如何變化?

引力和斥力同時存在,半徑r增加,引力和斥力同時減小,斥力減小的快,半徑r減小,引力和斥力同時增加,斥力增加的快

5、 分子力何時表現出引力、斥力?

分子間作用力(指引力和斥力的合力)隨分子間距離而變的規律是:①rr0時表現為引力;④r>10r0以後,分子力變得十分微弱,可以忽略不計。對比彈簧振子的振動(類似)

6、從本質上來說,分子力是電場力的表現。因為分子是由原子組成的,原子內有帶正電的原子核和帶負電的電子,分子間複雜的作用力就是由這些帶電粒子間的相互作用而引起的。(也就是說分子力的本質是四種基本基本相互作用中的電磁相互作用)。

練習:1、 為什麼物體可以被壓縮,但又不能無限的被壓縮?

2、 為什麼氣體容易被壓縮,而固體和液體不容易被壓縮?

3、 既然分子間有引力,那麼打碎的玻璃為什麼不能靠引力粘合在一起?

第2單元物體的內能和熱力學定律

一、溫度的巨集觀和微觀意義是什麼?如何理解?

分子的無規則運動特點是多、快、亂、變,中間多,兩頭少,在熱現象中,關心的是多個分子,而不是單個分子。

(1)、分子的平均動能――所有分子的動能的平均值 m~10 -26 kg v=10 5 m / s

(2)、溫度:巨集觀――表示物體的冷熱程度, 微觀――是物體平均動能的標誌

(3)、溫度相同,平均動能就相同,不論物體組成、結構、種類和物態 (無論如何)

二、什麼是分子勢能?分子勢能與什麼有關?

(1)、由於分子間存在著相互作用的引力和斥力而具有的與其相對位置有關的能量,叫做分子勢能。

(2)、微觀――與相對位置有關, 巨集觀――與體積有關

(3)分子勢能與距離的變化關係和圖象(類似於重力勢能和彈性勢能)。

三、什麼是物體的內能,它與什麼有關?

1、 所有分子做熱運動的動能和分子勢能的總和叫做物體的內能,也叫熱力學能

2、 與溫度t、體積v和分子個數n有關

3、 一切物體都具有內能

四、內能和機械能又什麼區別?

1、 巨集觀物體的機械運動對應機械能。機械能可以為零。

2、 微觀物體對應內能。內能不可以為零。

3、 內能和機械能之間可以相互轉化。

五、做功改變物體的內能

1、 物體做功,物體內能增加

2、 對外做功,物體內能減小

3、 做多少功,改變多少內能

六、熱傳遞改變物體的內能

1、 外界向物體傳遞熱量(吸熱),物體的內能增加

2、 物體向外界傳遞熱量(放熱),物體的內能減小

3、 傳遞多少熱量,內能就改變多少。能量的轉移

七、做功和熱傳遞的實質

1、 做功改變內能,是能量的轉化,用功的數值來度量

2、 熱傳遞改變內能,是能量的轉移,用熱量來度量。能量的轉化。

八、做功和熱傳遞的等效性——做功和熱傳遞在改變內能上是等效的。

例如:使物體公升高溫度,可以用熱傳遞的方法,也可以用做功的方法,得到的結果是相同的,如果事先不知道,我們無法知道它是通過哪種途徑改變的內能。

1 cal=4.2 j 1 j=0.24 cal

九、區分內能、熱量和溫度

熱量是在熱傳遞的過程中轉移的內能,它只有在轉移的過程中才有意義,熱傳遞使物體的溫度改變。溫度不同是熱傳遞的條件(模擬:雲――雨――水)

例如:兩物體溫度不同相接觸,熱量從高溫物體相低溫物體傳遞,高溫物體內能減少,溫度降低,低溫物體內能增加,溫度公升高。

十、理想氣體:

(1)分子間無相互作用力,分子勢能為零;

(2)一定質量的理想氣體的內能只與溫度有關。

(3)在溫度不太低、壓強不太大(常溫常壓)的條件下,實際氣體可以近似為理想氣體。

練習1、 物體平均速度大的物體的溫度高(×)

2、 20℃的水和20℃的銅的平均動能相同(√)

3、 體積變大,內能變大(×)

4、 溫度公升高,所有的分子的平均動能都變大(×)

5、 同溫度的水和氫氣相比,氫氣的平均速度大(√)

十一、熱力學第一定律——△u = q + w

1、表示內能的改變、做功、熱傳遞之間的關係

2、第一類永動機——不消耗能量,持續對外做功(違反能量守恆定律,不能製成)

【例】 下列說法中正確的是

a.物體吸熱後溫度一定公升高

b.物體溫度公升高一定是因為吸收了熱量

c.0℃的冰化為0℃的水的過程中內能不變

d.100℃的水變為100℃的水汽的過程中內能增大

解析:吸熱後物體溫度不一定公升高,例如冰融化為水或水沸騰時都需要吸熱,而溫度不變,這時吸熱後物體內能的增加表現為分子勢能的增加,所以a不正確。做功也可以使物體溫度公升高,例如用力多次來回彎曲鐵絲,彎曲點鐵絲的溫度會明顯公升高,這是做功增加了物體的內能,使溫度上公升,所以b不正確。

冰化為水時要吸熱,內能中的分子動能不變,但分子勢能增加,因此內能增加,所以c不正確。水沸騰時要吸熱,內能中的分子動能不變但分子勢能增加,所以內能增大,d正確。

例1、如圖示,甲分子固定在座標原點o,乙分子位於x軸上,甲分子對乙分子的作用力與兩分子間距離的關係如圖中曲線所示,f>0為斥力,f<0為引力,a、b、c、d為x軸上四個特定的位置。現把乙分子從a處由靜止釋放,則( )

a、乙分子從a到b做加速運動,由b到c做減速運動

b、乙分子從a到c做加速運動,到達c時速度最大

c、乙分子從a到b的過程中,兩分子的分子勢能一直增加

d、乙分子從b到d的過程中,兩分子的分子勢能一直增加

分析:乙分子從a到b、c、d的運動過程中,先是分子的引力作用,加速度的方向跟運動方向一致,所以加速運動,到達c位置時,分子力等於零,加速度也就等於零,運動的速度是最大。從c再到d運動時,分子力為斥力,加速度的方向跟運動的方向相反,速度減小。

通過分子力做功情況判斷兩分子的勢能如何變化。(略)

例2、如圖示,容器a、b各有乙個可以自由移動的輕活塞,活塞下面是水,上面是大氣,大氣壓恆定。a、b的底部帶有閥門k的管道相連,整個裝置與外界絕熱。原先a中水面比b中水面高,開啟閥門k後,a中的水向b中流,最後達到平衡,這個過程中( )

a、大氣壓力對水做功,水的內能增加

b、水克服大氣壓力做功,水的內能減小

c、大氣壓力對水不做功,水的內能不變

d、大氣壓力對水不做功,水的內能增加分析:設大氣壓為p,a、b活塞的表面積分別為s1和s2,開啟閥門後a容器中的水流到b容器中,a容器中的水面下降h1,b容器中的水面上公升h2,根據壓強與壓力的關係及水的流動體積不變的原理,可以推導出,大氣壓力對a、b兩活塞做功的代數和等於零。但是水的重力勢能發生了變化,水的重力勢能變了,根據能量守恆定律可知,水減小的機械能將轉化為水的內能。

例3、一顆質量為10g的子彈以400m/s的速度水平射入置於光滑水平桌面上的質量為1kg的木塊後又從木塊中穿出,木塊從桌邊滑出後著地點與桌邊的水平距離為1.4m,已知桌面高為0.8m,取g=10m/s2,設子彈射穿木塊過程中系統損失的機械能全部轉化為系統的內能,求在這一過程中系統內能的增加量。

分析:運用能量守恆觀點求解。(略)

十二、熱力學第二定律

1、 第一種表述:如果沒有其他變化,不可能使熱量由低溫物體傳到高溫物體。(克勞修斯表述) (其他變化――是指從單一熱源吸熱並把它用來做功以外的任何變化。)

實質:熱傳遞具有方向性,不可逆

2、 第二種表述:如果沒有其他變化,不可能從單一熱源吸收熱量全部用來做功。即第二類永動機不可能製成。(開爾文表述)

實質:機械能向內能轉化有方向性

3、 兩種表述是等價的

4、 第二類永動機――沒有冷凝器,只有單一熱源。它從單一熱源吸收熱量,全部做功,而不引起其他變化。這種永動機不可能製成,雖然不違反機械能守恆定律,但違反了機械能和內能轉化的方向性。

(注:單一熱源指溫度均勻且恆定的熱源 )

5、 一切與熱現象有關的巨集觀過程都具有方向性,是不可逆的。

十三、熱力學第三定律和第零定律

第3單元氣體、固體和液體

(一)氣體

一氣體的狀態參量

(1)溫度(t)

1、意義:微觀――是分子平均動能的標誌

巨集觀――物體的冷熱程度

2、單位:攝氏溫度(t) 攝氏度 ℃

開氏溫度(熱力學溫度t) 開爾文 k

補: 攝氏――攝爾修斯

華氏溫度――華倫海特

勒氏――勒奧默)

t = t + 273.15

3、 就每一度來說,它們是相同的

(2)體積(v)

與液體和固體的體積不同,氣體的體積是指氣體分子所能達到的空間,也就是氣體所充滿容器的容積,無論氣體的分子個數多少,無論氣體的種類。

理解:r大力小容易擴充套件填充整個容器

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