2024新鲁科版（2019）《高中物理》选择性必修第三册 知识点总结(6)份（全册打包）.rar

新教材新教材 鲁科版鲁科版 2019 版版 物理选择性必修第三册物理选择性必修第三册第第 1 章知识点清单章知识点清单目录目录第第 1 章分子动理论与气体实验定律章分子动理论与气体实验定律第 1 节分子动理论的基本观点第 2 节科学测量 用油膜法估测油酸分子的大小第 3 节气体分子速率分布的统计规律第 4 节科学探究 气体压强与体积的关系第 5 节气体实验定律第第 1 章分子动理论与气体实验定律章分子动理论与气体实验定律第第 1 节分子动理论的基本观点节分子动理论的基本观点一、物体由大量分子组成一、物体由大量分子组成1.分子的认识(1)分子定义：物理学研究中，当探讨分子、原子或离子等微观粒子的热运动时，通常将它们统称为分子。(2)分子的大小：一般分子直径的数量级为 10-10m。2.阿伏伽德罗常数(1)定义:1 mol任何物质含有相同的粒子数，这个数量称为阿伏伽德罗常数，用 NA表示(2)数值：NA=6.021023mol-1。(3)意义：阿伏伽德罗常数是一个重要的基本常量，它可将宏观量与微观量联系起来。二、二、分子永不停息地做无规则运动分子永不停息地做无规则运动1.扩散现象(1)定义：不同种物质能够彼此进入对方的现象叫作扩散。(2)普遍性：气体、液体和固体都能够发生扩散现象。(3)规律：温度越高，扩散越快。2.布朗运动(1)定义：人们把微粒永不停息的无规则运动称为布朗运动。(2)产生原因：微粒在液体中受到液体分子的撞击引起的。(3)物理意义：反映了液体分子在永不停息地做无规则运动。3.热运动(1)定义：分子的无规则运动。(2)影响因素：温度越高，分子的无规则运动越剧烈。三、分子间存在着相互作用力三、分子间存在着相互作用力1.分子力大小变化规律(1)分子的平衡位置：当分子间的距离为 r0时，分子所受的引力与斥力相互平衡，分子间作用力合力为零，通常把这个位置称为分子的平衡位置。(2)变化规律：当分子间的距离小于 r0时，作用力的合力表现为斥力；当分子间的距离大于 r0时，作用力的合力表现为引力；当分子间的距离超过 10r0时，作用力可忽略不计。四、物体的内能四、物体的内能1.分子势能：由于分子间存在相互作用力，分子具有由它们的相对位置决定的势能。2.分子势能的决定因素(1)微观上：与分子间的距离有关。若 rr0，分子间作用力表现为引力，当 r 增大时，必须克服分子间引力做功，分子势能随分子间距离的增大而增大。若 r=r0，分子间作用力为零，分子势能最小。(2)宏观上：与物体的体积等因素有关。3.分子动能：分子由于做热运动而具有的动能。4.分子热运动的平均动能：大量分子动能的平均值。5.温度与分子热运动的平均动能的关系(1)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动的平均动能的标志。(2)温度越高，分子热运动的平均动能越大。6.物体的内能(1)定义：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和。(2)普遍性：物体中的分子永不停息地做无规则运动，分子间有相互作用力，所以任何物体都具有内能。(3)相关因素：物体含有的分子数目与物体的质量有关。分子热运动的平均动能与温度有关。分子势能与体积有关。所以，物体的内能与物体的质量、温度和体积有关。五、分子大小的估算方法五、分子大小的估算方法1.两种分子模型(1)球形分子模型：对于固体和液体，其分子间距离比较小，在估算分子大小及分子的个数时，可以认为分子是紧密排列的，分子间的距离等于分子的直径。如图所示，其分子直径 d=36V0。(2)立方体分子模型：对于气体，其分子间距离比较大，是分子直径的数十倍甚至上百倍，此时可把分子平均占据的空间视为立方体，立方体的边长即分子间的平均距离。如图所示，其分子间的距离 d=3V0。2.常用的重要关系式(1)分子的质量：m0=MmolNA。(2)分子的体积：V0=VmolNA=MmolNA(适用于固体和液体)。注意：对于气体分子，VmolNA只表示每个分子所占据的空间。(3)质量为 m 的物体中所含有的分子数：n=mNAMmol。(4)体积为 V 的物体中所含有的分子数：n=VNAVmol。六、布朗运动六、布朗运动1.布朗运动的无规则性。悬浮微粒受到液体分子撞击的不平衡性是形成布朗运动的原因，由于液体分子的运动是无规则的，使微粒受到较强撞击的方向也不确定，所以布朗运动是无规则的。2.微粒越小，布朗运动越明显。悬浮微粒越小，某时刻与它相撞的分子数越少，它来自各方向的冲击力越不平衡，另外，微粒越小，其质量也就越小，在相同冲击力作用下产生的加速度越大，因此微粒越小，布朗运动越明显。3.温度越高，布朗运动越明显。温度越高，液体分子的平均运动速率越大，对悬浮于其中的微粒的撞击作用也越大，微粒越不易平衡，产生的加速度也越大，因此温度越高，布朗运动越明显。七、对分子间相互作用力的理解七、对分子间相互作用力的理解1.分子力与分子间距离变化的关系分子间的引力和斥力都随分子间距离 r 的变化而变化，但变化情况不同，如图所示。其中，虚线分别表示引力 f引和斥力 f斥随分子间距离 r 的变化，实线表示它们的合力f合随分子间距离 r 的变化。分子间距离 分子间引力与斥力的关系分子间的作用力 弹簧小球模型r=r0f引=f斥合力为零l=l0，f=0rf引分子力表现为斥力lrr0随 r 的增大，f引、f斥都减小，f斥比 f引减小得快，f斥l0，f 向里r10r0分子间的作用力变得很微弱，可忽略不计零r=r0时，分子间的作用力等于零，并不是分子间无引力和斥力，而是此时引力与斥力大小相等。r=r0时，即分子处于平衡位置时，并不是静止不动，而是在平衡位置附近振动。八、对物体内能的理解八、对物体内能的理解1.温度与分子平均动能(1)温度的微观含义温度是分子平均动能的标志，因不同的分子具有的速率一般不同，且不同时刻同一分子的速率一般也不相同，故研究单个分子的动能无意义。温度是物体内大量分子热运动的集体表现。只要温度相同，分子的平均动能就相同，但分子平均速率不一定相同。(2)分子热运动的平均动能分子的平均动能永远不可能为零，因为分子无规则运动是永不停息的。平均动能与平均速率的关系可简单地理解为：Ek=12mv2，m 为该物质分子的质量。(通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，研究单个分子的速率无意义)分子的动能与宏观物体的运动无关，也就是分子热运动的平均动能与宏观物体运动的动能无关。2.影响分子势能大小的因素如图所示，随着分子间距离的变化，分子间作用力做功，分子势能发生变化，分子势能的变化微观上决定于分子间的距离，宏观上与物体的体积有关。导师点睛 分子势能图像问题的两点提醒分子势能图像的最低点(分子势能最小值)对应的距离是分子平衡距离 r0，而分子力图像的最低点对应的距离大于 r0；分子势能图像与 r 轴的交点对应的距离小于 r0，分子力图像与 r 轴的交点对应的距离是分子平衡距离 r0。3.物体的内能(1)内能的决定因素宏观因素：物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响。微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。(2)物态变化对内能的影响：一些物质在物态发生变化时温度不变(如冰熔化成水、水在沸腾时变为水蒸气)，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化。第第 2 节科学测量节科学测量 用油膜法估测油酸分子的大小用油膜法估测油酸分子的大小一、实验器材一、实验器材油酸、酒精、清水、滴管(或注射器)、量筒、笔、爽身粉、玻璃片、浅水盘、坐标纸。二、实验原理与设计二、实验原理与设计油酸是一种脂肪酸，把一滴油酸滴到平静的水面上，油酸会展开成一片油膜。油膜面积最大且稳定时，可近似认为是单层油酸分子油膜。若把油膜分子视为球体，则单分子油膜的厚度就近似等于分子的直径。只要测量出这一滴油酸的体积 V 和油膜的面积 S，就可估算出油酸分子的直径 d=VS。三、实验步骤三、实验步骤1.用滴管(或注射器)将配制好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内溶液增加一定体积(如 1 mL)时的滴数，由此求出一滴油酸酒精溶液的平均体积V。2.向浅水盘内倒入清水，在水面上轻轻而均匀地撒一层爽身粉。用滴管在其上滴一滴油酸酒精溶液，待油层不再扩散、形状稳定时，就近似形成了单分子油膜。3.将玻璃片盖在浅水盘上，用笔将油膜的轮廓描绘在玻璃片上。4.将描有油膜轮廓的玻璃片放在坐标纸上，算出油膜的面积 S。求面积时以坐标纸上边长为 1 cm 的正方形为单位，数出轮廓内正方形的个数(不足半个的舍去，多于半个的算一个)。5.根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积 V。根据油酸的体积 V和油膜的面积 S 算出油酸分子的直径。四、实验原理与操作四、实验原理与操作1.思想方法“油膜法”估测分子直径是物理学中常用的一种将微小的不易测量的物理量转化为明显的易于测量的物理量的测量方法，这是一种非常重要的科学研究方法。2.实验注意事项(1)油酸酒精溶液配制后不要长时间放置，以免改变浓度而使实验误差增大。(2)从盘的中央加爽身粉，使粉自动扩散均匀。(3)注射器针头高出水面的高度应为 1 cm 之内，当针头离水面很近(油酸未滴下)时，会发现针头下方的粉层已被排开，是针头中酒精挥发所致，不影响实验效果。(4)实验之前要训练好滴法。(5)待测油酸扩散后又收缩，要在稳定后再画轮廓。扩散后又收缩有两个原因：第一，水面受油酸滴的冲击凹陷后又恢复；第二，酒精挥发后液面收缩。(6)当重做实验时，水从盘的一侧边缘倒出，在这一侧边缘会残留少许油酸，可用少量酒精清洗，并用脱脂棉擦去，再用清水冲洗，这样可保持盘的清洁。五、实验数据与处理五、实验数据与处理1.实验误差分析(1)油酸酒精溶液配制后如果长时间放置，由于酒精的挥发会导致溶液的浓度改变，从而给实验带来较大的误差。(2)利用量筒测量油酸酒精溶液的体积时，没有使用正确的读数方法而产生误差。(3)油滴的体积过大，同时水面面积过小，不能形成单分子油膜。(4)描绘油膜形状的画线误差。(5)利用小正方形个数计算轮廓的面积时，轮廓的不规则性容易带来计算误差。(6)不考虑油酸分子间的空隙，计算分子直径时的误差。2.油酸分子(C17H33COOH)的形状为长链形，将其视为球体则与实际分子形体有区别，所以实验只能得到分子直径的数量级，而不能得到分子直径的准确值。第第 3 节气体分子速率分布的统计规律节气体分子速率分布的统计规律一、偶然中的必然一、偶然中的必然1.伽尔顿板实验实验结论：实验结果表明，尽管单个小钢珠落入哪个狭槽是偶然，少量小钢珠在狭槽内的分布情况也是不确定的，但大量小钢珠在狭槽内的分布情况表现出必然的规律。2.统计规律：大量偶然事件表现出来的整体规律。二、气体分子速率分布规律二、气体分子速率分布规律1.理论提出：1859 年，麦克斯韦从理论上推导出了处在不同温度下的气体分子速率的分布规律。2.图像(如图所示)气体分子的速率分布图像3.规律(1)在一定温度下，不管个别分子怎样运动，速率分布表现出“中间多、两头少”的规律。(2)当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。三、气体分子速率分布规律三、气体分子速率分布规律1.气体分子运动特点(1)由于气体分子很小，分子间的作用力很弱，通常认为气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，因此气体能充满它能达到的整个空间。(2)气体分子之间碰撞频繁，每个分子的速度大小和方向频繁地改变。(3)单独看来，各个气体分子的运动都是不规则的，带有偶然性；但总体来看，大量气体分子的运动遵守统计规律。(4)分子沿各个方向运动的机会相等。2.统计方法的意义对于一个由大量微观粒子组成的系统，如果利用统计方法找出其某个微观量的分布函数，便可求出这个微观量的统计平均值，而这个统计平均值正好对应该系统的某个宏观量。这样就把分子的微观运动跟物体的宏观表现联系起来了。第第 4 节科学探究节科学探究 气体压强与体积的关系气体压强与体积的关系一、气体的状态参量一、气体的状态参量1.状态参量：对一定质量的气体，其宏观状态通常可用气体的体积 V、温度 T 和压强 p 这三个物理量来描述，这些描述系统状态的物理量称为系统的状态参量。2.气体的体积：气体的体积通常就等于容器的容积。3.气体的温度(1)宏观上：温度是描述物体冷热程度的物理量。(2)微观上：温度是物体内分子平均动能的标志。(3)单位：常用单位：摄氏度，符号为。国际单位：物理学中，温度的国际单位是热力学温度的单位开尔文，符号为 K。(4)热力学温度 T 与摄氏温度 t 的关系：T=t+273.15 K。摄氏温度变化 1 与热力学温度变化 1 K 是等效的，即T=t。4.气体的压强(1)定义：气体的内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。(2)产生原因：大量气体分子频繁撞击器壁，对器壁产生一个稳定的压力，从而产生压强。(3)压强特点：气体内部压强处处相等。(4)决定因素：气体的温度和单位体积内的分子数。二、探究气体压强与体积的关系二、探究气体压强与体积的关系1.实验器材探究气体压强与体积关系的实验装置：气压计、玻璃管、铁架台、活塞等。2.实验原理与设计如图所示，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。3.实验步骤(1)根据实验原理安装实验器材。(2)玻璃管两端有活塞和橡胶套，管内密封一段空气柱，这段空气柱就是我们的研究对象。在实验过程中，我们可以近似认为空气柱的质量和温度不变。(3)用手把活塞向下压，选取几个位置，同时读出玻璃管上刻度的读数与气压计读数，在如下所示的表格中记录数据。项目数据 1数据 2数据 3数据 4数据 5数据 6空气柱长度 d/cm 压强 p/(105 Pa)(4)用手把活塞向上拉，选取几个位置，同时读出玻璃管上刻度的读数与气压计读数，在上面设计的表格中记录数据。在该实验中，可以直接用玻璃管上刻度的读数作为空气柱体积，而无需测量空气柱的横截面积。(5)以压强 p 为纵坐标，以体积的倒数1V为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，观察图像，进一步确定 p 与1V的关系。三、对气体压强的理解三、对气体压强的理解1.气体压强的决定因素温度对于一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度越高，气体分子的平均速率越大，气体的压强越大宏观因素体积对于一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积越小，气体分子数密度越大，气体的压强越大气体分子平均速率气体的温度高，气体分子的平均速率就大，单个气体分子与器壁碰撞(可视作弹性碰撞)的撞击力就大；从另一方面讲，在气体分子数密度不变的情况下，分子的平均速率大，在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就多，整体表现出的撞击力就大微观因素气体分子数密度在温度不变的情况下，气体分子数密度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多四、气体压强的计算四、气体压强的计算1.封闭气体压强的计算大致可分为液体封闭气体压强的计算和固体封闭气体压强的计算。(1)液体封闭气体压强的计算的典型问题是水银柱封闭气体压强的计算，采用的方法主要有：取等压面法：即根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在容器内灵活选取等压面，由两侧压强相等列方程求解压强。例如：a.直玻璃管中液体封闭气体的压强设为 p，大气压强为 p0，液体产生的压强为ph，则b.“U 形管”中封闭气体的压强设为 p，则参考液片法：通常以在液体的最低点选取的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，根据受力平衡列方程，消去面积，得到液片两侧压强相等，进而求得封闭气体的压强。如图所示，设 U 形管的横截面积为 S，在其最低处取一液片 R，由其两侧受力平衡可知：pS+gh0S=p0S+gh0S+ghS，即得 p=p0+gh。(2)固体封闭气体压强计算的典型问题是气缸和活塞封闭气体压强的计算，通常选活塞或气缸为研究对象，对其进行受力分析，列平衡方程求封闭气体的压强。五、气体压强与体积关系的注意事项与误差分析五、气体压强与体积关系的注意事项与误差分析1.实验操作中的三点注意(1)本实验应用物理实验中常用的控制变量法，探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程)，气体的压强和体积的关系。(2)为保持等温变化，实验过程中手不要握在玻璃管内有气体的部位。同时，改变体积过程应缓慢，以免影响密闭气体的温度。为保证气体质量不变，应保证实验装置密闭，应在活塞与玻璃管内壁间涂上润滑油，玻璃管内、外气体的压强差不宜过大。(3)实验中所用的气压计精度较高，而气体“体积”是直接在玻璃管的刻度上读出的，其误差会直接影响实验结果。2.实验结论一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强 p 与体积 V 成反比，所以 p-V 图线是双曲线的一支。易错警示 不同温度下的图线是不同的，如图是一定质量的气体分别在 T1、T2温度下等温变化的 p-V 图线，其中温度较高的是 T2。3.误差分析(1)改变体积的过程，造成两个状态的温度不能保证完全一致导致偶然误差。(2)气体压强、气柱高度的读数，描点画图等存在偶然误差。第第 5 节气体实验定律节气体实验定律一、玻意耳定律一、玻意耳定律1.内容：一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比。2.公式：p1V，也可写作 p1V1=p2 V23.条件：气体的质量一定，温度保持不变。4.气体等温变化过程的图像(即等温线)p-V 图像上等温线应为双曲线的一支，p-1V图像上等温线应为过坐标原点的直线，如图所示。5.微观解释：一定质量的气体分子总数不变，温度保持不变时，分子的平均动能保持不变。当体积减小时，单位体积内的分子数增多，气体的压强增大；当体积增大时，单位体积内的分子数减少，气体的压强减小。二、查理定律二、查理定律1.内容：一定质量的气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比。2.公式：pT 或p1T1=p2T2。3.条件：气体的质量一定，体积保持不变。4.气体等容变化过程的 p-T 图像：一定质量的某种气体，在等容变化过程中，气体的压强 p 和热力学温度 T 的关系图线是一条过坐标原点的直线，如图所示。5.微观解释：一定质量的气体，体积保持不变时，单位体积内的分子数保持不变。当温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强也增大；当温度降低时，分子的平均动能减小，气体的压强也减小。三、盖三、盖吕萨克定律吕萨克定律1.内容：一定质量的气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。2.公式：VT 或V1T1=V2T2。3.条件：气体的质量一定，压强保持不变。4.气体等压变化过程的 V-T 图像：一定质量的某种气体，在等压变化过程中，气体的体积 V 和热力学温度 T 的关系图线是一条过坐标原点的倾斜直线，如图所示。5.微观解释：一定质量的气体，当温度升高时，分子的平均动能增大。为了保持压强不变，单位体积内的分子数相应减少，气体的体积必然相应增大。反之，当温度降低时，气体的体积必然减小。6.理想气体：物理学中，把严格遵循以上三个实验定律的气体称为理想气体。四、对玻意耳定律的理解四、对玻意耳定律的理解1.对玻意耳定律数学表达式的理解玻意耳定律的数学表达式pV=C中的常量C不是一个普适恒量，它与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量 C 越大。2.p-V 图像与 p-1V图像图像类别p-V 图像p-1V图像图像特点物理意义一定质量的气体，在温度不变的情况下，p与V成反比，因此等温过程的p-V图线是双曲线的一支一定质量的气体，温度不变时，pV=恒量，p 与 V 成反比，p 与1V就成正比，在 p-1V坐标系中的等温线应是过原点的直线温度高低一定质量的气体，温度越高，气体压强与体积的乘积必然越大，在 p-V 图像中的等温线就越高，图中 T1T2直线的斜率为 p 与 V 的乘积，斜率越大，p 与 V 的乘积越大，温度就越高，图中 T1T23.应用玻意耳定律的思路和方法(1)确定研究对象，并判断是否满足玻意耳定律成立的条件。(2)确定始、末状态及状态参量(p1、V1、p2、V2)。(3)根据玻意耳定律列方程 p1V1=p2V2，代入数值求解(注意各状态参量要统一单位)。(4)注意分析题目中的隐含条件，必要时还应由力学或几何知识列出辅助方程。(5)有时要检验结果是否符合实际，对不符合实际的结果要删去。五、对查理定律的理解五、对查理定律的理解1.对查理定律的理解研究对象一定质量的某种气体，而且气体的体积保持不变使用条件压强不太大，温度不太低常量 C在pT=C 中的 C 与气体的种类、质量和体积有关比例关系一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强 p 跟热力学温度 T 成正比例关系，但是 p 不与摄氏温度 t 成正比，压强的变化p 与摄氏温度的变化t 成正比变量关系一定质量的某种气体在等容变化时，升高(或降低)相同的温度，所增加(或减小)的压强是相同的微观解释一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的，体积(V)保持不变时，单位体积内的分子数(n)也保持不变，当温度(T)升高时，其分子运动的平均速率(v)增大，则气体压强(p)增大；反之，当温度(T)降低时，气体压强(p)减小公式变式由p1T1=p1+pT1+T得p1T1=p或p=TT1p1，T=pp1T1推导另一种表述气体做等容变化时，满足p1T1=p2T2，如果用 p0表示温度为 0 时的压强，则有ptT=p0273.15K，所以 pt=p0T273.15K=p0t+273.15K273.15K=p01+t273.15K2.等容线 比较类别 p-T 图像p-t 图像图像特点在 p-T 图像中，一定质量气体的等容线，其延长线经过坐标原点，压强与热力学温度是一次函数关系，且为正比例关系在 p-t 图像中，一定质量气体的等容线，其延长线不经过坐标原点，是过横轴上(-273.15，0)点的倾斜直线，压强与摄氏温度是一次函数关系，但不是正比例关系意义图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一条等容线上各状态的体积相等不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小(同一温度下，压强大的体积小)六、理想气体状态方程六、理想气体状态方程1.理想气体状态方程与气体实验定律p1V1T1=p2V2T22.对理想气体状态方程的理解(1)成立条件：一定质量的理想气体。(2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关。(3)在pVT=C(常量)中，常量 C 仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关。(4)应用方程时应注意：温度 T 必须是热力学温度。新教材新教材 鲁科版鲁科版 2019 版版 物理选择性必修第三册物理选择性必修第三册第第 3 章知识点清单章知识点清单目录目录第第 3 章热力学定律章热力学定律第 1 节热力学第一定律第 2 节能量的转化与守恒第 3 节 热力学第二定律第 4 节熵系统无序程度的量度第第 3 章热力学定律章热力学定律第第 1 节热力学第一定律节热力学第一定律一、功、热量与内能一、功、热量与内能1.改变物体内能的两种方式：做功和热传递。2.功、热量和内能改变的关系(1)如果一个物体既不吸热也不放热，那么，当外界对它做功时，物体内能增加，且增加量等于外界做的功；当物体对外界做功时，物体内能减少，且减少量等于物体做的功。(2)如果物体既不对外做功，外界也不对它做功，那么，当物体从外界吸热时，物体内能增加，其增加量等于吸收的热量；当物体向外放热时，物体内能减少，其减少量等于放出的热量。3.热力学第一定律(1)内容：物体内能的改变量 U 等于外界对物体所做的功 W 与物体从外界吸收的热量之和。(2)表达式：U=Q+W。二、第一类永动机二、第一类永动机1.概念：不消耗任何能量而能永远对外做功的机器。2.结果：1718 世纪，人们提出了许多永动机设计方案，但都以失败而告终。3.原因：设想能量能够无中生有地创造出来，违背了热力学第一定律。三、对热力学第一定律的理解三、对热力学第一定律的理解1.对公式中 U、Q、W 符号的规定符号WQU正号外界对物体做功物体吸收热量内能增加负号物体对外界做功物体放出热量内能减少2.热力学第一定律的物理意义(1)热力学第一定律不仅反映了做功和热传递这两种改变内能的方式是等效的，还给出了内能的变化量与做功和热传递之间的定量关系。(2)揭示了在一切涉及热现象的宏观过程中，能量可以发生转移或转化，在转移或转化过程中总能量守恒。3.应用热力学第一定律解题的一般步骤(1)首先选定研究对象是哪个物体或哪个热力学系统。(2)根据符号法则写出各已知量(W、Q 或U)的正、负。(3)根据方程 U=Q+W 求出未知量。(4)再根据未知量结果的正、负来确定吸热、放热情况，做功情况或内能变化情况。4.判断气体做功正、负的方法(1)若气体体积增大，表明气体对外界做功，W0。5.几种常见的气体变化过程(1)绝热过程：过程是绝热的，则 Q=0，W=U，外界对气体做的功等于气体内能的增加量。(2)等容过程：在该过程中气体不做功，即 W=0，则 Q=U，气体吸收的热量等于气体内能的增加量。(3)等温过程：在该过程的初、末状态，气体的内能不变，即 U=0，则 W+Q=0 或W=-Q，表示气体吸收的热量全部用来对外做功或外界对气体所做的功等于气体放出的热量。四、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用四、气体实验定律和热力学第一定律的综合应用1.对于理想气体，常把热力学第一定律与理想气体状态方程结合起来分析其状态变化规律。2.常见的分析思路(1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大，气体对外做功；气体体积减小，外界对气体做功。(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减少。(3)利用热力学第一定律判断是吸热过程还是放热过程。由热力学第一定律U=W+Q，则 Q=U-W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。第第 2 节能量的转化与守恒节能量的转化与守恒一、能量守恒定律的发现一、能量守恒定律的发现1.迈尔的发现(1)迈尔认为，体力和体热必定来源于食物中的化学能，内能、化学能、机械能都是等价的，是可以相互转化的。(2)如果动物的能量输入与支出是平衡的，那么，所有这些形式的能在量上必定是守恒的。2.焦耳的研究(1)确定了电能向内能转化的定量关系。(2)用了近 40 年的时间，不懈地钻研热功转换问题，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。3.亥姆霍兹的贡献(1)从理论上把力学中的能量守恒原理推广到热、光、电、磁、化学反应等过程，揭示了它们之间的统一性。(2)将能量守恒原理与永动机不可能实现联系起来。二、能量守恒定律二、能量守恒定律1.内容：能量既不会消失，也不会创生，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而能量的总值保持不变。2.意义：揭示了自然科学各个分支之间的普遍联系，是自然界内在统一性的第一个有力证据。三、对能量守恒定律的理解和应用三、对能量守恒定律的理解和应用1.能量的存在形式及相互转化(1)各种运动形式都有对应的能：机械运动对应机械能，分子的热运动对应内能，还有诸如电磁能、化学能、原子能等。可见，在自然界中，不同的能量形式与不同的运动形式相对应。(2)各种形式的能可以相互转化，例如：利用电炉取暖或烧水，电能转化为内能；煤燃烧，化学能转化为内能；列车刹车后，轮子温度升高，机械能转化为内能。2.能量守恒定律是没有条件的与某种运动形式对应的能是否守恒是有条件的，例如，物体系统的机械能守恒，必须是在只有重力做功或系统内弹力做功的情况下；而能量守恒是没有条件的，它是一切自然现象都遵守的基本规律。3.能量守恒定律的两种表述表述一：某种形式的能量减少，一定有其他形式的能量增加，且减少量和增加量一定相等。表述二：某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。4.应用能量守恒定律的思路方法(1)能量守恒的核心是总能量不变，因此在应用能量守恒定律时应首先分清系统中哪些能量在相互转化，是通过哪些力做功实现的，这些能量分别属于哪些物体，然后再寻找合适的守恒方程式。(2)在应用能量守恒定律分析问题时，应明确两点：哪种形式的能量减少，哪种形式的能量增加。哪个物体的能量减少，哪个物体的能量增加。第第 3 节热力学第二定律节热力学第二定律第第 4 节熵节熵系统无序程度的量度系统无序程度的量度一、可逆过程与不可逆过程一、可逆过程与不可逆过程1.可逆过程一个系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即系统回到原来的状态，同时消除原来过程对外界的一切影响，则原来的过程称为可逆过程。2.不可逆过程如果用任何方法都不能使系统和外界完全复原，则原来的过程称为不可逆过程。3.热传导的方向性(1)热量可自发地由高温物体传给低温物体，或者由物体的高温部分传给低温部分。(2)热量不能自发地由低温物体传给高温物体。(3)热传递是不可逆过程，具有方向性。4.功热转化这一热现象是不可逆的，具有方向性。5.凡是与热现象有关的宏观过程都具有方向性。二、热力学第二定律及第二类永动机二、热力学第二定律及第二类永动机1.第一种表述(克劳修斯表述)不可能使热量从低温物体传向高温物体而不引起其他变化。2.热机(1)定义：消耗内能对外做功的一种装置。(2)热机效率：热机对外做的功跟它从高温热源吸收的热量的比值。3.第二种表述(开尔文表述)不可能从单一热源吸取热量，使之完全用来做功而不引起其他变化。4.第二类永动机(1)定义：从单一热源吸取热量并使之完全转化为功而不引起其他变化的机器。(2)第二类永动机不可能制成的原因第二类永动机虽然不违背热力学第一定律，但违背了热力学第二定律。(3)热力学第二定律的又一表述：第二类永动机是不可能实现的。三、熵三、熵系统无序程度的量度系统无序程度的量度1.有序与无序(1)人们将生活中符合某种规则的现象称为有序，反之称为无序。规则越多，一个宏观状态对应的微观状态越少，出现的概率越小，我们称之为越有序，反之规则越少，一个宏观状态对应的微观状态越多，出现的概率越大，我们称之为越无序。(2)热传递这个不可逆过程使无序程度增加。(3)热力学第二定律的微观本质：与热现象有关的自然发生的宏观过程总是沿着大量分子热运动无序程度增大的方向进行。2.熵和熵增加原理(1)熵的定义：物理学中，用来量度系统无序程度的物理量叫作熵，用符合 S 表示。(2)孤立系统：与外界既没有物质交换又没有能量交换的系统。(3)熵增加原理：在孤立系统中的宏观过程必然朝着熵增加的方向进行。四、对热力学第二定律两种表述的理解四、对热力学第二定律两种表述的理解1.热力学第二定律的两种表述看上去似乎没有什么联系，然而实际上它们是等效的，即由其中一个，可以推导出另一个。2.“不引起其他变化”是指使热量从低温物体传递到高温物体时外界不消耗任何功或从单一热源吸收热量全部用来做功而外界及系统都不发生任何变化。3.克劳修斯表述是说热量不能自发地从低温物体转移到高温物体。如果外界消耗一定量的功，把热量从低温物体转移到高温物体是完全可能的，如电冰箱和空调机的制冷过程。4.开尔文表述表明了在引起其他变化或产生其他影响的条件下，热量能够完全转化为功，如理想气体的等温自由膨胀，内能不变，吸收的热量全部转化为功，但却引起了体积的膨胀。五、对熵和熵增加原理的理解五、对熵和熵增加原理的理解1.对熵的理解在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，如果过程可逆，则熵不变；如果过程不可逆，则熵增加。2.对熵增加原理的理解(1)对于孤立的热力学系统而言，所发生的是由非平衡态向着平衡态的变化过程，因此，总是朝着熵增加的方向进行。或者说，一个孤立系统的熵永远不会减小。这就是熵增加原理。(2)从微观的角度看，热力学第二定律是一个统计规律，一个孤立系统总是从熵小的状态向熵大的状态发展，熵值越大代表着越无序，所以自发的宏观过程总是向无序程度更大的方向发展。新教材新教材 鲁科版鲁科版 2019 版版 物理选择性必修第三册物理选择性必修第三册第第 2 章知识点清单章知识点清单目录目录第第 2 章固体与液体章固体与液体第 1 节固体类型及微观结构第 2 节表面张力和毛细现象第 3 节材料及其应用 第第 2 章固体与液体章固体与液体第第 1 节固体类型及微观结构节固体类型及微观结构一、晶体和非晶体一、晶体和非晶体1.固体的分类：固体可以分为晶体和非晶体两大类。(1)晶体：晶体具有固定的熔点和沸点，其分子的空间排列有规律，包括糖、食盐、味精、冰、雪、金、银、铜、铁等。(2)非晶体：非晶体没有固定的熔点和沸点，其分子的空间排列无规律，包括玻璃、蜂蜡、松香、沥青、橡胶等。2.晶体的分类及特点(1)晶体可分为单晶体和多晶体两类。(2)单晶体定义：具有规则的几何形状，外形都是由若干个平面围成的多面体。物理性质：表现为各向异性。(3)多晶体定义：没有规则的几何形状，由大量细微的单晶体杂乱无章地排列在一起构成的。物理性质：表现为各向同性。3.非晶体的物理性质：非晶体在各个方向上的物理性质表现为各向同性。4.晶体与非晶体在一定条件下可以相互转化。二、固体的微观结构二、固体的微观结构1.晶体的微观结构：在单晶体内部，沿不同方向的等长线段上，微粒个数通常是不相等的，这说明单晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况是不一样的，故单晶体在物理性质上表现为各向异性。2.非晶体的微观结构：在非晶体内部，物质微粒的排列是杂乱无章的，从统计的观点来看，在微粒非常多的情况下，沿不同方向的等长线段上，微粒的个数大致相等，非晶体在不同方向上的微粒排列及物质结构情况基本相同，故非晶体在物理性质上表现为各向同性。3.同种物质微粒在不同的条件下有可能生成不同的晶体，虽然构成这些晶体的物质微粒都相同，但是由于它们的排列形式不同，物理性质也不同。三、晶体、非晶体、单晶体、多晶体间的比较三、晶体、非晶体、单晶体、多晶体间的比较1.单晶体、多晶体和非晶体的区别与联系晶体对象内容单晶体多晶体非晶体宏观外形 有规则的几何形状没有规则的几何形状没有规则的几何形状物理性质有确定的熔点各向异性有确定的熔点不显示各向异性没有确定的熔化温度各向同性分子排列有规则有规则无规则形成与转化同种物质也可能以晶体和非晶体两种不同的形态出现，也就是说，物质是晶体还是非晶体，并不是绝对的；有些非晶体在一定条件下也可以转化为晶体四、晶体的微观结构及固体性质的微观解释四、晶体的微观结构及固体性质的微观解释1.对同素异形体的解释有的物质有几种晶体，是因为它们的物质微粒能形成不同的晶体结构。例如碳原子按不同的结构排列可形成石墨和金刚石，二者在物理性质上有很大差别。白磷和红磷的化学成分相同，但白磷具有立方体结构，而红磷具有与石墨一样的层状结构，二者在物理性质上也有很大差别。2.对晶体具有固定熔点的解释给晶体加热到一定温度时，一部分微粒有足够的动能克服微粒间的作用力，离开平衡位置，使规则的排列被破坏，晶体开始熔化，熔化时晶体吸收的热量全部用来破坏规则的排列，温度不发生变化。第第 2 节表面张力和毛细现象节表面张力和毛细现象一、表面张力一、表面张力1.实验：观察肥皂膜的变化(1)现象图 1图 2如图 1，U 形铁丝框上的肥皂膜会把滑杆拉回。如图 2，肥皂膜里的棉线圈是松弛的，当刺破圈里的肥皂膜，棉线圈外的肥皂膜使棉线张紧，形成圆形。(2)结论：液体的表面有一种收缩的趋势。2.表面层(1)定义：液体与气体接触的表面存在的一个薄层。(2)特点：表面层分子的分布比液体内部稀疏，分子间的距离略大于分子力平衡的距离，分子间的作用力表现为引力。3.液体的表面张力(1)定义：液体表面各部分之间的相互引力。(2)作用效果：表面张力使液体表面绷紧。二、浸润与不浸润二、浸润与不浸润1.定义(1)浸润：液体润湿某种固体并附着在固体表面上的现象。(2)不浸润：液体不润湿某种固体也不附着在固体表面上的现象。2.产生的原因(1)三