高考物理熱學計算方法

高考物理熱學計算方法

　　高考物理的熱血部分內容常常讓學生們覺得頭疼，因為這是最復雜的題目之一，該怎么應對呢?小編整理了物理學習相關內容，希望能幫助到您。

　　高中常用物理公式之熱學

　　常考的6個熱學知識點

　　一、分子運動論

　　1.物質是由大量分子組成的

　　2.分子永不停息地做無規則熱運動

　　(1)分子永不停息做無規則熱運動的實驗事實：擴散現象和布郎運動。

　　(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則運動。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)分子的無規則運動。

　　(3)實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。

　　因為圖中的每一段折線，是每隔30s時間觀察到的微粒位置的連線，就是在這短短的30s內，小顆粒的運動也是極不規則的。

　　(4)布朗運動產生的原因

　　大量液體分子(或氣體)永不停息地做無規則運動時，對懸浮在其中的微粒撞擊作用的不平衡性是產生布朗運動的原因。簡言之：液體(或氣體)分子永不停息的無規則運動是產生布朗運動的原因。

　　(5)影響布朗運動激烈程度的因素

　　固體微粒越小，溫度越高，固體微粒周圍的液體分子運動越不規則，對微粒碰撞的不平衡性越強，布朗運動越激烈。

　　(6)能在液體(或氣體)中做布朗運動的微粒都是很小的，一般數量級在10-6m，這種微粒肉眼是看不到的，必須借助于顯微鏡。

　　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，實際表現出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(相對位置)有關，與分子的運動狀態無關。

　　(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r的減小而增大，但斥力的變化比引力的變化快。

　　(3)分子力F和距離r的關系如下圖

　　4.物體的內能

　　(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)由分子間相對位置決定的勢能叫分子勢能。分子力做正功時分子勢能減小;分子力作負功時分子勢能增大。當r=r0即分子處于平衡位置時分子勢能最小。不論r從r0增大還是減小，分子勢能都將增大。如果以分子間距離為無窮遠時分子勢能為零，則分子勢能隨分子間距離而變的圖象如上圖。

　　(3)物體中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。物體的內能跟物體的溫度和體積及物質的量都有關系，定質量的理想氣體的內能只跟溫度有關。

　　(4)內能與機械能：運動形式不同，內能對應分子的熱運動，機械能對于物體的機械運動。物體的內能和機械能在一定條件下可以相互轉化。

　　二、固體

　　1.晶體和非晶體

　　(1)在外形上，晶體具有確定的幾何形狀，而非晶體則沒有。

　　(2)在物理性質上，晶體具有各向異性，而非晶體則是各向同性的。

　　(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絕對的，它們在一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，會變成柔軟的非晶體硫，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解釋

　　在物理性質上，晶體具有各向異性，而非晶體則是各向同性的。通常所說的物理性質包括彈性、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同方向上物理性質不同，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。需要注意的是，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上都表現出各向異性。晶體內部結構的有規則性，在不同方向上物質微粒的排列情況不同導致晶體具有各向異性。

　　三、液體

　　1.液體的微觀結構及物理特性

　　(1)從宏觀看

　　因為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，又像氣體沒有形狀，具有流動性。

　　(2)從微觀看有如下特點

　?、僖后w分子密集在一起，具有體積不易壓縮;

　?、诜肿娱g距接近固體分子，相互作用力很大;

　?、垡后w分子在很小的區域內有規則排列，此區域是暫時形成的，邊界和大小隨時改變，并且雜亂無章排列，因而液體表現出各向同性;

　　④液體分子的熱運動雖然與固體分子類似，但無長期固定的平衡位置，可在液體中移動，因而顯示出流動性，且擴散比固體快。

　　2.液體的表面張力

　　如果在液體表面任意畫一條線，線兩側的液體之間的作用力是引力，它的作用是使液體面繃緊，所以叫液體的表面張力。

　　特別提醒：

　　(1)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。

　　(2)表面張力的形成原因是表面層(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為引力。

　　(3)表面張力的大小除了跟邊界線長度有關外，還跟液體的種類、溫度有關。

　　四、液晶

　　1.液晶的物理性質

　　液晶具有液體的流動性，又具有晶體的光學各向異性。

　　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.液晶的光學性質對外界條件的變化反應敏捷

　　液晶分子的排列是不穩定的，外界條件和微小變動都會引起液晶分子排列的變化，因而改變液晶的某些性質，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。

　　如計算器的顯示屏，外加電壓液晶由透明狀態變為混濁狀態。

　　五、氣體

　　1.氣體的狀態參量

　　(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ΔT =Δt，要注意兩種單位制下每一度的間隔是相同的。

　　0K是低溫的極限，它表示所有分子都停止了熱運動。可以無限接近，但永遠不能達到。

　　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中所占的百分比。圖像下面積可表示為分子總數。

　　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小;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，變得平坦。

　　(2)體積:氣體總是充滿它所在的容器，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頻繁碰撞器壁而產生的。

　　(4)氣體壓強的微觀意義：大量做無規則熱運動的氣體分子對器壁頻繁、持續地碰撞產生了氣體的壓強。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，就對器壁產生持續、均勻的壓力。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平均作用力。

　　(5)決定氣體壓強大小的因素：

　?、傥⒂^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(即單位體積內氣體分子的數目)越大，在單位時間內，與單位面積器壁碰撞的分子數就越多;

　　B.氣體的溫度升高，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就多，累計沖力就大。

　?、诤暧^因素：氣體的體積增大，分子的密集程度變小。在此情況下，如溫度不變，氣體壓強減小;如溫度降低，氣體壓強進一步減小;如溫度升高，則氣體壓強可能不變，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.氣體實驗定律

　　3.對氣體實驗定律的微觀解釋

　　(1)玻意耳定律的微觀解釋

　　一定質量的理想氣體，分子的總數是一定的，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來的幾分之一，氣體的密集程度就增大到原來的幾倍，因此壓強就增大到原來的幾倍，反之亦然，所以氣體的壓強與體積成反比。

　　(2)查理定律的微觀解釋

　　一定質量的理想氣體，說明氣體總分子數N不變;氣體體積V不變，則單位體積內的分子數不變;當氣體溫度升高時，說明分子的平均動能增大，則單位時間內跟器壁單位面積上碰撞的分子數增多，且每次碰撞器壁產生的平均沖力增大，因此氣體壓強p將增大。

　　(3)蓋·呂薩克定律的微觀解釋

　　一定質量的理想氣體，當溫度升高時，氣體分子的平均動能增大;要保持壓強不變，必須減小單位體積內的分子個數，即增大氣體的體積。

　　六、熱力學定律

　　1.熱力學第零定律(熱平衡定律)：如果兩個系統分別與第三個系統達到熱平衡，那么這兩個系統彼此之間也必定處于熱平衡。

　　(1)做功和熱傳遞都能改變物體的內能。也就是說，做功和熱傳遞對改變物體的內能是等效的。但從能量轉化和守恒的觀點看又是有區別的：做功是其他能和內能之間的轉化，功是內能轉化的量度;而熱傳遞是內能間的轉移，熱量是內能轉移的量度。

　　(2)符號法則： 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”。溫度升高，內能增量DE是取“+”;溫度降低,內能減少，DE取“一”。

　　(3)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 等容變化：W=0 ，Q=DE

　　(4)由圖線討論理想氣體的功、熱量和內能

　　3.熱學第二定律

　　(1)第二類永動機不可能制成 (滿足能量守恒定律，但違反熱力學第二定律)

　　實質：涉及熱現象(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(克勞修斯表述)：

　　不可能使熱量由低溫物體傳遞到高溫物體,而不引起其它變化。(熱傳導有方向性)

　　(3)機械能與內能轉化表述(開爾文表述)：

　　不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功,而不引起其它變化。(機械能與內能轉化具有方向性)。

　　4.熱力學第三定律：熱力學零度不可達到。

　　5.熵增加原理：在任何自然過程中，一個孤立系統的總熵是不會減少的。

　　——孤立系統熵增加過程是系統熱力學概率增大的過程(即無序度增大的過程)，是系統從非平衡態趨于平衡態的過程，是一個不可逆過程。熵的增加表示宇宙物質的日益混亂和無序