高中物理选修3-3、3-4、3-5讲义.pdf
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1、选修3-3一、知识精讲()分子动理论1、物体是由大量分子组成的微观量:分子体积外、分子直径分子质量a。宏观量:物质体积/、摩尔体积心、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fNA=6.02xl023morm M p-y 叱(1)分子质量:m0m _ M _ pVATV-TV7_v v(2)分子体积:V=-=-L N心MPM(对气体,/应为气体分子占据的空间大小)(3)分子大小:(数量级10l0m)球体模型.V.=-(-)3直径d=”&(固、液体一般用此模型)Na pNA 3 2 V 7i立方体模型.。=亚 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)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%.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 kg.分子间有空隙.阿伏伽德罗常数:1摩的任何物质含有的微粒数相同,这个数的测量值为Na=6.02 X1023mol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:=2Na=人 或者 N=nNA=N=NAA M A M A M2、分
3、子永不停息地做无规那么运动(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那么运动。温度越高分子运动越剧烈。(2)布朗运动:悬浮在液体中的固性微粒的无规那么运动。实用文档.发生原因是固体微粒受到包围微粒的液体分子无规那么运动地撞击的不平衡性造成的.因 而回揆说明了液体分子在永不停息地做无规那么运动.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那么运动.布朗运动反映液体分子的无规那么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、分子间存在相互
4、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 10 10m)与 1 Oro0(i)当分子间距离为ro时,分子力为零。Ui)当分子间距小时,引力大于斥力,分子力表现为引力。当分子间距离由增大时,分 子力先增大后减小(iii)当分子间距时一,斥力大于引力,分子力表现为斥力。当分子间距离由尸。减小时,分 子力不断增大(4)r10r()后,f引、f斥都迅速减为零,可认为分子力F=0(-)温度和内能1、分子不规那么运动统计规
5、律单个分子的运动都是不规那么的、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广。关系当厂时一,增大,分子力为引力,分子力做负功分子势能增大。当Q为时一,减小,分子力为斥力,分子力做负功分子势能增大。当尸厂。(平衡距离)时,
6、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视那么运动的动能和分子势能的总和 石内=N4+EP(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,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实用文档.(三)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:P V=C等容变
7、化,查理定律:P/T=C 等压变化,盖一吕萨克定律:V/T=C1、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:或P M=P2V2 V(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.P V乘积越大的等温线表示气体的温度越 高.如上图所示的两
8、条等温线,在相同压强下的体积V2V,就表示它们分别代表的温度T2.同样也可以根据相同体积下的压强大小来判断温度上下.利用图线反映状态变化情况就比拟直 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,压强跟热力学温度成正比。数学表达式:P 8 T 或片=号;二=二;尸=11+/7;T2 P2 T2 273)(3)图线解析:查理定律可以用图线表示.在平
9、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 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 实用文档.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.延长等容线可以看 到,当P=0时,等容线的延长线通过坐标原点,这时对应的热力学温度为0K.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
10、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数学表达式:V 8 T,匕=五;乂=7;5%273 J(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
11、别代表的压强关系为P zP i.延长等压线可 以看到,当V=0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。即创=生=2=C(常量)(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,根据题目表达的状态变化过程,选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
12、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,假设水银柱平衡,可由平 衡条件来求气体的压强,假设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.对于有两局部或者两局部以上气体相联系的问题,由于涉及的物理量比拟多,通常难度也比拟大,因而在高考中也时常出现,解决这类问题时,不仅要有扎实的根本功,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
13、大量气体分子对器壁的频繁碰撞所致.2)求封闭气体压强的两种根本方法:如果封闭物如液柱、活塞等)静止或匀速运动时,,那么采用平衡法,即ZF=O如果封闭物如液柱或活塞等)做匀变速运动时,那么采用牛顿第二定律求解法,即实用文档.Z F=ma.4)在做好玻意耳定律的实验的根底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,可采用画尸-人图象来直观反映。此时在尸-人图象里 V V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
14、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=11+.)的物理含义,注意P。为0时气体的压强,p,为t C时气体的压强.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,那么压强减小.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AT=At;只是它们的零度起点不 同.绝对零度是
15、宇宙间低温的极限,只能无限接近,永远无法到达.12)引入热力学温标后的查理定律表达式:pi/p2=T/T2或p/T=恒量或p=KTK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)移动问题的根本方法:P设等容法。即=下八714)、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,气体分子之间没有相互作用.15)推导气态方程根本方法: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,如下图.要注意:各定律在p-V,p-T和V-T图像中的对应围线形状.图线中某点
16、所代表的物理意义;图线中某线段所代表的物理意义.3)对于一定质量的气体;p-V图线的p-V积的大小反映气体的温度上下;p-T图线的斜率大小反映气体的体积:V-T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选取研究对象,即确定研究的是哪一局部气体(或哪几局部气体),并将这局部气体从周 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 实用文档.中,哪些,哪些未知;有时还有中间态1为防止混淆可画简图或列图表进行比照分析).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.假设问题只与气体的一个状态相
17、关,应选用。厂=2火丁列方 M程,假设涉及两个状态,且气体质量不变,应选用生列方程,如果有两个以上的研 T T2究对象,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,在应用定解题时,公式两边的P和V的单位必须统一.在应用克拉珀龙方程PV=RT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“P a,M体积的单位为“而”,温度的单位为“K,摩尔气体常量R=8.3J/mol-K.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
18、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儿种方法.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(如下图),设大气压强为即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A,B,故pa斗,由于Pa=P+P液gh,而且pPb,故有p r=P o-p液gh.当管内液面高于管外液面时(如下图),分析方法与上述相同,容易得到:P P。-p液gh.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
19、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.应用牛顿运动定律求解假设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论气体状态的变化首先必须熟悉气体三个等值变化的根本图象及与三个等值变 化直接相关的物理量的变化情况.等温变化的图象一定质量的气体等温变化的图线在P-V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P V轴.假设温度一定,等温线偏离P、V轴愈远,那么对应气体质实用文档.量愈大.如下图,假设质量一定,等容变化的图象一定
20、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).假设 容积一定,质量越大,直线的斜率越大.如下图,假设质量一定,那么ViVV”,假设容积一定,那么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;假设压强一定,质量越大,直线的斜率越大.假设质量一定,那 么P imn.、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I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
21、度不再增大,液体也不再减少,液体和汽之间到达了平衡状态,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,把没有到达饱和状态的汽叫做未饱和汽。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。e 目a、曰u去口g汨有 水烝气的实际汽压 空气的相对湿度:相对湿度二的士十三十力、-同温度下水的饱和汽压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。(干湿泡湿度计:两温
22、度计的示数差异越大,空气的相对湿度越小。实用文档.(五)物态和物态变化1.固体1)晶体和非晶体 晶体内部的微粒排列有规那么,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,形状也不规那么。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、单晶错等。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。多晶体没有规那么的儿何形状.多晶体不显示各向异性(每一晶粒内部都是各向异性的)
23、,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)一种物质可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现。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,儿乎所有的材料都能成为非晶体晶体。到达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。常见的晶体有:石英、云母、明矶、食盐、硫酸铜、糖、味精等.儿种常见晶体的规那么外形:食盐的晶体呈立方体形;明矶的晶体呈八面体形;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
24、凝华时形成的晶体,一般为六角形的规那么图案2.液体1)液体的微观结构液体有一定的体积,不易被压缩,这一特点跟固体一样;另一方面又像气体,没有一 定的形状,具有流动性。液体的分子间距离大约为rO,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。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。液体的外表张
25、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一一在某个方向上看其分子排列比拟整齐具有液体 的流动性从另一方向看,分子的排列是杂乱无章的.3)液体的外表张力现象和毛细现象外表张力外表层(与气体接触的液体薄层)分子比拟稀疏,rrO,分子力表现为 引力,在这个力作用下,液体外表有收缩到最小的趋势,这个力就是外表张力。外表张力方向 跟液面相切,跟这局部液面的分界线垂直。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,玻璃外表会沾上一层水.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,
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