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(nèi)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(nèi)容，希望能幫助到您。
高中常用物理公式之熱學
?？嫉?個熱學知識點
一、分子運動論
1.物質(zhì)是由大量分子組成的
2.分子永不停息地做無規(guī)則熱運動
(1)分子永不停息做無規(guī)則熱運動的實驗事實：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)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(guī)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(nèi)，小顆粒的運動也是極不規(guī)則的。
(4)布朗運動產(chǎn)生的原因
大量液體分子(或氣體)永不停息地做無規(guī)則運動時，對懸浮在其中的微粒撞擊作用的不平衡性是產(chǎn)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(guī)則運動是產(chǎn)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(guī)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(shù)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(xiàn)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(tài)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(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(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)量的理想氣體的內(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)能和機械能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)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(zhì)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhì)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(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(jié)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(zhì)上都表現(xiàn)出各向異性。晶體內(nèi)部結(jié)構(gòu)的有規(guī)則性，在不同方向上物質(zhì)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(jié)構(gòu)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;
③液體分子在很小的區(qū)域內(nèi)有規(guī)則排列，此區(qū)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(xiàn)出各向同性;
?、芤后w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(cè)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(xiàn)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(zhì)
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(zhì)對外界條件的變化反應敏捷
液晶分子的排列是不穩(wěn)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(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)。
如計算器的顯示屏，外加電壓液晶由透明狀態(tài)變?yōu)榛鞚釥顟B(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?？梢詿o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(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(chǎn)生的。
(4)氣體壓強的微觀意義：大量做無規(guī)則熱運動的氣體分子對器壁頻繁、持續(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)生持續(xù)、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：
①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(shù)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(zhì)量的理想氣體，分子的總數(shù)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(zhì)量的理想氣體，說明氣體總分子數(shù)N不變;氣體體積V不變，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)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(nèi)跟器壁單位面積上碰撞的分子數(shù)增多，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·呂薩克定律的微觀解釋
一定質(zhì)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(nèi)的分子個數(shù)，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(tǒng)分別與第三個系統(tǒng)達到熱平衡，那么這兩個系統(tǒng)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(nèi)能。也就是說，做功和熱傳遞對改變物體的內(nèi)能是等效的。但從能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點看又是有區(qū)別的：做功是其他能和內(nèi)能之間的轉(zhuǎn)化，功是內(nèi)能轉(zhuǎn)化的量度;而熱傳遞是內(nèi)能間的轉(zhuǎn)移，熱量是內(nèi)能轉(zhuǎn)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(nèi)能增量DE是取“+”;溫度降低,內(nèi)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(nèi)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(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(nèi)能轉(zhuǎn)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(nèi)能轉(zhuǎn)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(tǒng)的總熵是不會減少的。
——孤立系統(tǒng)熵增加過程是系統(tǒng)熱力學概率增大的過程(即無序度增大的過程)，是系統(tǒng)從非平衡態(tài)趨于平衡態(tài)的過程，是一個不可逆過程。熵的增加表示宇宙物質(zhì)的日益混亂和無序