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第三单元 热现象及应用
一、分子动理论：
1、分子动理论的内容是：①物质由分子组成；②一切物体的分子都永不停息地做无规则运动。③分子间存在相互作用的引力和斥力。④分子间存在间隙。
2、物质的组成：（1）物质是由大量分子组成的；（2）我们把10的乘方数叫做数量级，数量级通常用10-n或者10n 表示。（3）一般分子直径的数量级是10-10m。物理学上用A（埃）表示。1A=10-10 m。 （4）阿伏伽德罗常数：NA=6.02x1023/mol。1 mol（摩尔）的任何物质中都含有6.02x1023 个分子。1 mol（摩尔） 的体积是22.4升。 （5）测定分子的大小可以用单分子油膜法。“用油膜法估测分子大小”实验的科学依据是： ①将油膜看成单分子油膜。②不考虑各油酸分子间间隙③将油膜分子看成球形 如：用油膜法估测油分子的大小的实验中，体积为V的油滴，在水面上形成近似圆形的单分子油膜，油膜直径为 D，则油分子的直径大约为（油膜的高度几乎是1个油分子的直径，所以用体积/面积就是直径的高度，所以 D=V/π(D/2)2=4V/πD2
二、分子热运动：
1、分子热运动：（1）实验依据：扩散现象、布朗运动。（2）特点：物体中的大量分子都在不停的做无规则运动，分子的无规则运动叫做热运动。温度越高，分子无规 则运动越剧烈。
2、扩散现象：（1）定义：大量分子无规则运动而产生的物质迁移现象（或不同物质互相接触时彼此进入对方的现象）叫扩散现象。物质都是从浓度高的的地方往浓度较低的地方迁移。（2）扩散的条件：、不同物质。相互接触。
注意：①扩散现象只能发生在不同物质之间，同种物质不能发生扩散；②扩散现象只能在不同物质相互接触时，才能发生扩散，不相互接触不能发生扩散。 ③固体、液体、气体之间都能发生扩散现象。 ④任何用眼睛直接观察到的现象都不是扩散现象。 ⑤任何物质在任何状态下都能发生扩散现象，但气体间扩散最快，固体间扩散的最慢。
（3）扩散现象表明： 一切物质都在不停的做无规则运动，并且温度越高，分子运动越剧烈，扩散的越快。分子间存在间隙，影响分子扩散快慢的因素是：温度。温度越高，扩散进行越快。
三、布朗运动：
1、布朗运动现象简介： 1827年英国植物学家布朗用显微镜观察悬浮在水中的花粉，发现花粉颗粒在水中不停地在做无规则运动，后来就把悬浮颗粒的无规则运动叫做布朗运动。注意布朗运动肉眼是看不见，用光学显微镜才能观察到的，但观察到的不是物质的分子。
2、介绍布朗运动的特点：①布朗运动是永不停息的， ②布朗运动随着温度的升高而愈加剧烈。③悬浮的颗粒越小，布朗运动越明显。颗粒大了，布朗运动不明显，甚至观察不到。
3、布朗运动的成因：是悬浮在液体中的小颗粒受到各个方向的液体分子的撞击不平衡造成的。
4、布朗运动是悬浮的固体微粒的运动，不是物质分子的运动。但它反映和证明了分子的热运动。 注意：①布朗运动在任何温度下都会发生。 ②扩散现象直接证实了组成物体的分子总是不停地做无规则运动；布朗运动却是间接地证实了组成物体的分子总是不停地做无规则的运动。说明：扩散现象、气体容易被压缩、水和酒精混合后的体积小于原来的体积之和，都说明分子之间有间隙。
四、分子间相互作用力：
1、分子间同时存在相互作用的引力和斥力。对外表现的效果与分子间的距离大小有关。
2、分子间的引力使得固体和液体都具有一定的体积。
3、分子间的斥力使得固体和液体很难被压缩。
4、分子间引力和斥力都随分子间距离增大而减小。但斥力随分子间距离增大而减小得更快些。
5、分子间引力和斥力的大小跟分子间距离的关系： ①当r=r0时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，分子出于平衡位置，r0为分子直径的数量级，约 为10-10 m，距离为r0的位置叫做平衡位置。 ②当分子间距离r＜r0时，引力和斥力都随距离减小而增大，但斥力增加得更快，因此分子力表现为斥力。(此时引力仍然存在) ③当r＞r0时，引力和斥力都随距离的增大而减小，但是斥力减小的更快，因而分子间的作用力表现为引力。(此时斥力仍然存在) ④当分子距离的数量级大于10 r0（10-9 m）时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不计了。
五、气体的压强与温度：
1、气体的状态参量：（1）气体的状态：在一定的条件下，气体会处于一定的状态，又称平衡状态。 （2）状态参量：用来描述气体状态的物理量叫气体的状态参量，它们是温度、体积、压强。
2、温度（T）：（1）温度定义：宏观：温度表示物体的冷热程度。微观：温度标志着物体内部分子无规则运动的剧烈程度；温度是物体分子平均动能标志。（2）温标：温度的数值表示法． ①摄氏温标：规定在1标准大气压下冰水混合物的温度为0℃，沸水的温度为100℃，中间分成100等份，每一份为1℃，通常用t表示，单位为摄氏度（℃）． ②热力学温标：规定－273.15℃为零度，通常用T表示，单位为开尔文（K）． ③两种温标的关系：T= t + 273.15K,；粗略地表示T= t + 273K . （3）用热力学温度和摄氏温度表示温度的间隔是相同的，即物体升高或降低的温度用开尔文和摄氏度表示在数 值上是相同的.
3、体积（V）：（1）气体的体积：指气体分子所充满的容器间体积，即为容器的容积．（2）单位：m3、 1L=10-3m3=1dm3
4、气体压强(P)（1）单位面积上大量气体分子对容器壁的压力叫做气体的压强.用符号P表示.（2）气体压强产生的原因：大量气体分子对器壁频繁碰撞而产生的. 气体的压强是由气体的重力产生的（3）压强的单位：在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡（Pa）,1Pa =1N/m.；常用单位：“标准大气压”（符号是atm）和“毫米汞柱”（符号是mmHg）, 1标准大气压=1.013×105Pa，760mmHg=1标准大气压（4）气体压强的大小决定因素：一定质量的气体的压强，微观上决定与①分子的密度（单位体积内的分子数） ②分子的平均速率；宏观上是由气体的体积和温度决定的。
5、气体的体积、压强、温度间的关系。（1）一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积减小，压强增大。（2）一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度升高，体积增大。（3）一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大。 注意：对于一定质量的气体，如果温度、体积和压强这三个量都不改变，就说气体处于一定状态中。如果三个量 中有两个发生了改变或者三个都发生了改变，就说气体的状态发生了改变，只有一个参量改变其他参量不变的情况是不会发生的。
六、分子的动能与势能：
1、分子的动能：（1）、分子的动能：分子因为不停地做无规则运动而具有的能量叫分子动能（2）大量分子的运动速率不尽相同，因此各个分子的动能并不相同。（3）、分子的平均动能：物体里所有分子的动能的平均值（4）、温度升高，物体分子的热运动加剧，分子热运动的平均动能也增加，温度越高，分子热运动平均动能越大。（5）、决定因素：温度是物体分子热运动的平均动能的标志
2、分子的势能：（1）、分子势能：由相互作用的分子之间的相对位置决定的势能。（2）、决定分子势能的因素：①分子势能与分子间距离大小，②分子势能与物体的状态和体积有关。（3）分子势能的大小随间距的变化在r=r0两侧是不同的：①当r＞r0，分子力表现为引力时，随着分子间距的增大，需不断克服分子引力做功，分子势能增大；分子间距减小，分子力做功，分子势能减小． ②当r＜r0，分子力表现为斥力时，随着分子间距的增大（仍在斥力范围内），分子力不断做功，分子势能减小；分子间距减小，需克服分子力做功，分子势能增大． ③当r=r0时，Ep最小（注意最小不一定为零）
七、热力学能（内能）
1、热力学能（内能）：（1）物体中所有分子的动能和势能的总和叫做物体的热力学能，也叫内能。注：一切物体都具有内能。（2）热力学能是大量分子无规则运动和分子间的相互作用的共同结果。（3）决定物体内能的因素：温度和体积。
2、改变热力学能（内能）的途径：（1）做功可以改变物体的内能： ①外界克服摩擦力做功，使物体的内能增加； ②压缩气体做功，使气体内能增加。③物体对外做功，物体的内能减小，温度降低；外界对物体做功，物体的内能增大，温度升高。（2）热传递可以改变物体的内能。热传递有传导、对流和辐射三种方式。当外界向物体传递热量时，物体的 热力学能增加；当物体向外界传递热量时，物体的热力学能减少。 ①对流：依靠液体或气体本身的流动而实现的热传递过程，叫对流。②传导：热由物体高温处传向低温处或由一个高温体传到另一个低温体，而不同时伴随内能的变化物质的 流动，这种热传递的方式程叫热传递，其实质是靠分子间的碰撞来变换能量而实现热传递。③辐射：热量的传递既不依靠物质的流动，又不依靠分子的碰撞，而是借助于不同波长的电磁波来实现， 这种传热方式就是辐射。（3）做功和热传递对改变物体的内能是等效的
3．内能和机械能的区别：①内能是由大量分子的热运动和分子间的相对位置所决定的能量； 机械能是由于物体做机械运动而具有的能量。②任何物体的内能一定不等于0，而机械能可以为0。③物体可以同时具有内能和机械能。
4、实质：做功改变物体内能的实质是：内能和其它形式的能相互转化的过程； 热传递改变物体内能的实质是：物体间内能的转移。
5、温度、内能和热量的区别和联系 ①区别：温度是表示物体冷热程度的物理量，内能是一种形式的能，它是物体内所有分子无规则运动所具有的动能和分子势能的总和。它跟温度是不同的两个概念。但又有密切的联系，物体的温度升高，它的内 能就增大，温度降低，内能就减小。在热传递过程中，传递能的多少叫做热量。在热传递的过程中，热量从高温物体传向低温物体，高温物体放出了多少焦耳的热量，它的内能就减少多少焦耳；而低温物体吸收了多少焦耳的热量，它们内能就增加了多少焦耳。②联系：在不发生物态变化时，物体吸收热量，它的内能增加，温度升高；物体放出热量，它的内能减少，温 度降低。
八、热力学第一定律：
1、内容：热力学能的增加量等于外界对物体做的功和物体从外界吸收的热量之和。这个关系叫做热力学第一定律。 其数学表达式为：ΔU=W+Q ΔU—物体内能的变化量，W—外界对物体做的功（或物体对外界做的功）
2、与热力学第一定律相匹配的符号法则做功W 热量Q 内能的改变ΔU 取正值“+” 外界对物体做功 物体从外界吸收热量 物体的内能增加 取负值“－” 物体对外界做功 物体向外界放出热量 物体的内能减少 说明：在应用Δu=Q+W进行计算时，它们的正负号规定如下： W＞0,表示外界对系统做功；Ｗ＜0,表示系统对外界做功；Q＞0,表示系统从外界吸热；Ｑ＜0，表示系统向外界放热；Δu＞0,表示系统内能增加；Δu＜0,表示系统内能减少；
3、热力学第一定律说明了做功和热传递是系统内能改变的量度，没有做功和热传递就不可能实现能量的转化或转移，同时也进一步揭示了能量守恒定律。
4、应用热力学第一定律解题的一般步骤： ①根据符号法则写出各已知量（W、Q、ΔU）的正、负； ②根据方程ΔU=W+Q求出未知量； ③再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况或做功情况。
九、能量守恒定律：
1、自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。如机械运动对应机械能；分子热运动对 应内能；电磁运动对应电磁能。
2、不同形式的能量之间可以相互转化。摩擦可以将机械能转化为内能；炽热电灯发光可以将电能转化为光能。
3、内容：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 另一个物体，在转化或转移的过程中其总量不变。这就是能量守恒定律。 注意：①热力学第一定律、机械能守恒定律都是能量守恒定律的具体体现。 ②能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
4、第一类永动机不可能制成的原因： 任何机器运动时只能将能量从一种形式转化为另一种形式，而不可能无中生有地创造能量，即第一类永动机是不可能制造出来的。

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