《高中物理选修》word版

1、 选修3-2考点汇编 56电磁感应现象只要穿过闭合回路中的磁通量发生变化，闭合回路中就会产生感应电流，如果电路不闭合只会产生感应电动势。这种利用磁场产生电流的现象叫电磁感应，是1831年法拉第发现的。57感应电流的产生条件1、回路中产生感应电动势和感应电流的条件是回路所围面积中的磁通量变化，因此研究磁通量的变化是关键，由磁通量的广义公式中（是B与S的夹角）看，磁通量的变化可由面积的变化引起；可由磁感应强度B的变化引起；可由B与S的夹角的变化引起；也可由B、S、中的两个量的变化，或三个量的同时变化引起。2、闭合回路中的一部分导体在磁场中作切割磁感线运动时，可以产生感应电动势，感应电流，这是初中学

2、过的，其本质也是闭合回路中磁通量发生变化。3、产生感应电动势、感应电流的条件：导体在磁场里做切割磁感线运动时，导体内就产生感应电动势；穿过线圈的磁量发生变化时，线圈里就产生感应电动势。如果导体是闭合电路的一部分，或者线圈是闭合的，就产生感应电流。从本质上讲，上述两种说法是一致的，所以产生感应电流的条件可归结为：穿过闭合电路的磁通量发生变化。58法拉第电磁感应定律 楞次定律电磁感应规律：感应电动势的大小由法拉第电磁感应定律确定。当长L的导线，以速度，在匀强磁场B中，垂直切割磁感线，其两端间感应电动势的大小为。如图所示。设产生的感应电流强度为I，MN间电动势为，则MN受向左的安培力，要保持MN以匀

3、速向右运动，所施外力，当行进位移为S时，外力功。为所用时间。而在时间内，电流做功，据能量转化关系，则。，M点电势高，N点电势低。此公式使用条件是方向相互垂直，如不垂直，则向垂直方向作投影。，电路中感应电动势的大小跟穿过这个电路的磁通变化率成正比法拉第电磁感应定律。如上图中分析所用电路图，在回路中面积变化，而回路跌磁通变化量，又知。 如果回路是匝串联，则。公式 。注意: 1)该式普遍适用于求平均感应电动势。2)只与穿过电路的磁通量的变化率有关, 而与磁通的产生、磁通的大小及变化方式、电路是否闭合、电路的结构与材料等因素无关。公式二: 。要注意: 1)该式通常用于导体切割磁感线时, 且导线与磁感线

4、互相垂直(lB )。2)为v与B的夹角。l为导体切割磁感线的有效长度(即l为导体实际长度在垂直于B方向上的投影)。公式三: 。注意: 1)该公式由法拉第电磁感应定律推出。适用于自感现象。2)与电流的变化率成正比。公式中涉及到磁通量的变化量的计算, 对的计算, 一般遇到有两种情况: 1)回路与磁场垂直的面积S不变, 磁感应强度发生变化, 由, 此时, 此式中的叫磁感应强度的变化率, 若是恒定的, 即磁场变化是均匀的, 那么产生的感应电动势是恒定电动势。2)磁感应强度B 不变, 回路与磁场垂直的面积发生变化, 则, 线圈绕垂直于匀强磁场的轴匀速转动产生交变电动势就属这种情况。严格区别磁通量, 磁通

5、量的变化量磁通量的变化率, 磁通量, 表示穿过研究平面的磁感线的条数, 磁通量的变化量, 表示磁通量变化的多少, 磁通量的变化率表示磁通量变化的快慢, , 大, 不一定大; 大, 也不一定大, 它们的区别类似于力学中的v, 的区别, 另外I、也有类似的区别。公式一般用于导体各部分切割磁感线的速度相同, 对有些导体各部分切割磁感线的速度不相同的情况, 如何求感应电动势？如图1所示, 一长为l的导体杆AC绕A点在纸面内以角速度匀速转动, 转动的区域的有垂直纸面向里的匀强磁场, 磁感应强度为B, 求AC产生的感应电动势, 显然, AC各部分切割磁感线的速度不相等, , 且AC上各点的线速度大小与半径

6、成正比, 所以AC切割的速度可用其平均切割速度, 即, 故。当长为L的导线，以其一端为轴，在垂直匀强磁场B的平面内，以角速度匀速转动时，其两端感应电动势为。如图所示，AO导线长L，以O端为轴，以角速度匀速转动一周，所用时间，描过面积，（认为面积变化由0增到）则磁通变化。在AO间产生的感应电动势且用右手定则制定A端电势高，O端电势低。面积为S的纸圈，共匝，在匀强磁场B中，以角速度匀速转坳，其转轴与磁场方向垂直，则当线圈平面与磁场方向平行时，线圈两端有最大有感应电动势。如图所示，设线框长为L，宽为d，以转到图示位置时，边垂直磁场方向向纸外运动，切割磁感线，速度为（圆运动半径为宽边d的一半）产生感应

7、电动势，端电势高于端电势。边垂直磁场方向切割磁感线向纸里运动，同理产生感应电动热势。端电势高于端电势。边，边不切割，不产生感应电动势，两端等电势，则输出端MN电动势为。如果线圈匝，则，M端电势高，N端电势低。参照俯示图，这位置由于线圈长边是垂直切割磁感线，所以有感应电动势最大值，如从图示位置转过一个角度，则圆运动线速度，在垂直磁场方向的分量应为，则此时线圈的产生感应电动势的瞬时值即作最大值.即作最大值方向的投影，（是线圈平面与磁场方向的夹角）。当线圈平面垂直磁场方向时，线速度方向与磁场方向平行，不切割磁感线，感应电动势为零。总结：计算感应电动势公式：（是线圈平面与磁场方向的夹角）。注意：公式中

8、字母的含义，公式的适用条件及使用图景。区分感应电量与感应电流, 回路中发生磁通变化时, 由于感应电场的作用使电荷发生定向移动而形成感应电流, 在内迁移的电量(感应电量)为, 仅由回路电阻和磁通量的变化量决定, 与发生磁通量变化的时间无关。因此, 当用一磁棒先后两次从同一处用不同速度插至线圈中同一位置时, 线圈里聚积的感应电量相等, 但快插与慢插时产生的感应电动势、感应电流不同, 外力做功也不同。楞次定律：1、1834年德国物理学家楞次通过实验总结出：感应电流的方向总是要使感应电流的磁场阻碍引起感应电流的磁通量的变化。即磁通量变化感应电流感应电流磁场磁通量变化。2、当闭合电路中的磁通量发生变化引

9、起感应电流时，用楞次定律判断感应电流的方向。楞次定律的内容：感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流为磁通量变化。楞次定律是判断感应电动势方向的定律，但它是通过感应电流方向来表述的。按照这个定律，感应电流只能采取这样一个方向，在这个方向下的感应电流所产生的磁场一定是阻碍引起这个感应电流的那个变化的磁通量的变化。我们把“引起感应电流的那个变化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以简单表达为：感应电流的磁场总是阻碍原磁通的变化。所谓阻碍原磁通的变化是指：当原磁通增加时，感应电流的磁场（或磁通）与原磁通方向相反，阻碍它的增加；当原磁通减少时，感应电流的磁场与原磁通方向相同，阻碍它的减少。从这里可以看出

10、，正确理解感应电流的磁场和原磁通的关系是理解楞次定律的关键。要注意理解“阻碍”和“变化”这四个字，不能把“阻碍”理解为“阻止”，原磁通如果增加，感应电流的磁场只能阻碍它的增加，而不能阻止它的增加，而原磁通还是要增加的。更不能感应电流的“磁场”阻碍“原磁通”，尤其不能把阻碍理解为感应电流的磁场和原磁道方向相反。正确的理解应该是：通过感应电流的磁场方向和原磁通的方向的相同或相反，来达到“阻碍”原磁通的“变化”即减或增。楞次定律所反映提这样一个物理过程：原磁通变化时（原变），产生感应电流（I感），这是属于电磁感应的条件问题；感应电流一经产生就在其周围空间激发磁场（感），这就是电流的磁效应问题；而且I

11、感的方向就决定了感的方向（用安培右手螺旋定则判定）；感阻碍原的变化这正是楞次定律所解决的问题。这样一个复杂的过程，可以用图表理顺如下：楞次定律也可以理解为：感应电流的效果总是要反抗（或阻碍）产生感应电流的原因，即只要有某种可能的过程使磁通量的变化受到阻碍，闭合电路就会努力实现这种过程：（1）阻碍原磁通的变化（原始表述）；（2）阻碍相对运动，可理解为“来拒去留”，具体表现为：若产生感应电流的回路或其某些部分可以自由运动，则它会以它的运动来阻碍穿过路的磁通的变化；若引起原磁通变化为磁体与产生感应电流的可动回路发生相对运动，而回路的面积又不可变，则回路得以它的运动来阻碍磁体与回路的相对运动，而回路将

12、发生与磁体同方向的运动；（3）使线圈面积有扩大或缩小的趋势；（4）阻碍原电流的变化（自感现象）。利用上述规律分析问题可独辟蹊径，达到快速准确的效果。如图1所示，在O点悬挂一轻质导线环，拿一条形磁铁沿导线环的轴线方向突然向环内插入，判断在插入过程中导环如何运动。若按常规方法，应先由楞次定律 判断出环内感应电流的方向，再由安培定则确定环形电流对应的磁极，由磁极的相互作用确定导线环的运动方向。若直接从感应电流的效果来分析：条形磁铁向环内插入过程中，环内磁通量增加，环内感应电流的效果将阻碍磁通量的增加，由磁通量减小的方向运动。因此环将向右摆动。显然，用第二种方法判断更简捷。应用楞次定律判断感应电流方向

13、的具体步骤：（1）查明原磁场的方向及磁通量的变化情况；（2）根据楞次定律中的“阻碍”确定感应电流产生的磁场方向；（3）由感应电流产生的磁场方向用安培表判断出感应电流的方向。3、当闭合电路中的一部分导体做切割磁感线运动时，用右手定则可判定感应电流的方向。运动切割产生感应电流是磁通量发生变化引起感应电流的特例，所以判定电流方向的右手定则也是楞次定律的特例。用右手定则能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是不少情况下，不如用右手定则判定的方便简单。反过来，用楞次定律能判定的，并不是用右手定则都能判定出来。如图2所示，闭合图形导线中的磁场逐渐增强，因为看不到切割，用右手定则就难以判定感应电流的方向，而用

14、楞次定律就很容易判定。 要注意左手定则与右手定则应用的区别，两个定则的应用可简单总结为：“因电而动”用左手，“因动而电”用右手，因果关系不可混淆。 59互感 自感 涡流互感：由于线圈A中电流的变化，它产生的磁通量发生变化，磁通量的变化在线圈B中激发了感应电动势。这种现象叫互感。 自感现象是指由于导体本身的电流发生变化而产生的电磁感应现象。所产生的感应电动势叫做自感电动势。自感系数简称自感或电感, 它是反映线圈特性的物理量。线圈越长, 单位长度上的匝数越多, 截面积越大, 它的自感系数就越大。另外, 有铁心的线圈的自感系数比没有铁心时要大得多。自感现象分通电自感和断电自感两种, 其中断电自感中“

15、小灯泡在熄灭之前是否要闪亮一下”的问题, 如图2所示, 原来电路闭合处于稳定状态, L与并联, 其电流分别为, 方向都是从左到右。在断开S的瞬间, 灯A中原来的从左向右的电流立即消失, 但是灯A与线圈L构成一闭合回路, 由于L的自感作用, 其中的电流不会立即消失, 而是在回路中逐断减弱维持暂短的时间, 在这个时间内灯A中有从右向左的电流通过, 此时通过灯A的电流是从开始减弱的, 如果原来, 则在灯A熄灭之前要闪亮一下; 如果原来, 则灯A是逐断熄灭不再闪亮一下。原来哪一个大, 要由L的直流电阻和A的电阻的大小来决定, 如果, 如果。2、由于线圈（导体）本身电流的变化而产生的电磁感应现象叫自感现

16、象。在自感现象中产生感应电动势叫自感电动势。由上例分析可知：自感电动势总量阻碍线圈（导体）中原电流的变化。涡流及其应用1变压器在工作时，除了在原、副线圈产生感应电动势外，变化的磁通量也会在铁芯中产生感应电流。一般来说，只要空间有变化的磁通量，其中的导体就会产生感应电流，我们把这种感应电流叫做涡流2应用：（1）新型炉灶电磁炉。（2）金属探测器：飞机场、火车站安全检查、扫雷、探矿。60交变电流 描述交变电流的物理量和图象一、交流电的产生及变化规律：（1）产生：强度和方向都随时间作周期性变化的电流叫交流电。矩形线圈在匀强磁场中，绕垂直于匀强磁场的线圈的对称轴作匀速转动时，如图51所示，产生正弦（或余

17、弦）交流电动势。当外电路闭合时形成正弦（或余弦）交流电流。（2）变化规律：（1）中性面：与磁力线垂直的平面叫中性面。线圈平面位于中性面位置时，如图52（A）所示，穿过线圈的磁通量最大，但磁通量变化率为零。因此，感应电动势为零 。当线圈平面匀速转到垂直于中性面的位置时（即线圈平面与磁力线平行时）如图52（C）所示，穿过线圈的磁通量虽然为零，但线圈平面内磁通量变化率最大。因此，感应电动势值最大。（伏） （N为匝数）（2）感应电动势瞬时值表达式：若从中性面开始，感应电动势的瞬时值表达式：（伏）如图52（B）所示。感应电流瞬时值表达式：（安）若从线圈平面与磁力线平行开始计时，则感应电动势瞬时值表达式为

18、：（伏）如图52（D）所示。感应电流瞬时值表达式：（安）二、表征交流电的物理量：（1）瞬时值、最大值和有效值：交流电在任一时刻的值叫瞬时值。瞬时值中最大的值叫最大值又称峰值。交流电的有效值是根据电流的热效应规定的：让交流电和恒定直流分别通过同样阻值的电阻，如果二者热效应相等（即在相同时间内产生相等的热量）则此等效的直流电压，电流值叫做该交流电的电压，电流有效值。正弦（或余弦）交流电电动势的有效值和最大值的关系为：交流电压有效值；交流电流有效值。注意：通常交流电表测出的值就是交流电的有效值。用电器上标明的额定值等都是指有效值。用电器上说明的耐压值是指最大值。（2）周期、频率和角频率交流电完成一次

19、周期性变化所需的时间叫周期。以T表示，单位是秒。交流电在1秒内完成周期性变化的次数叫频率。以f表示，单位是赫兹。周期和频率互为倒数，即。我国市电频率为50赫兹，周期为0.02秒。角频率： 单位：弧度/秒交流电的图象：图象如图53所示。图象如图54所示。61。正弦交变电流的函数表达式 u=Umsint i=Imsint63变压器变压器是可以用来改变交流电压和电流的大小的设备。理想变压器的效率为1，即输入功率等于输出功率。对于原、副线圈各一组的变压器来说（如图56），原、副线圈上的电压与它们的匝数成正。即因为有，因而通过原、副线圈的电流强度与它们的匝数成反比。即注意：1理想变压器各物理量的决定因素

20、输入电压U1决定输出电压U2，输出电流I2决定输入电流I1，输入功率随输出功率的变化而变化直到达到变压器的最大功率（负载电阻减小，输入功率增大；负载电阻增大，输入功率减小）。2一个原线圈多个副线圈的理想变压器的电压、电流的关系U1:U2:U3:=n1:n2:n3: I1n1=I2n2+I3n3+因为，即，所以变压器中高压线圈电流小，绕制的导线较细，低电压的线圈电流大，绕制的导线较粗。上述各公式中的I、U、P均指有效值，不能用瞬时值。（3）电压互感器和电流互感器电压互感器是将高电压变为低电压，故其原线圈并联在待测高压电路中；电流互感器是将大电流变为小电流，故其原线圈串联在待测的高电流电路中。（二

21、）解决变压器问题的常用方法思路1 电压思路。变压器原、副线圈的电压之比为U1/U2=n1/n2；当变压器有多个副绕组时U1/n1=U2/n2=U3/n3=思路2 功率思路。理想变压器的输入、输出功率为P入=P出，即P1=P2；当变压器有多个副绕组时P1=P2+P3+思路3 电流思路。由I=P/U知，对只有一个副绕组的变压器有I1/I2=n2/n1；当变压器有多个副绕组时n1I1=n2I2+n3I3+思路4 （变压器动态问题）制约思路。（1）电压制约：当变压器原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定时，输出电压U2由输入电压决定，即U2=n2U1/n1，可简述为“原制约副”.（2）电流制约：当变压器

22、原、副线圈的匝数比（n1/n2）一定，且输入电压U1确定时，原线圈中的电流I1由副线圈中的输出电流I2决定，即I1=n2I2/n1，可简述为“副制约原”.（3）负载制约：变压器副线圈中的功率P2由用户负载决定，P2=P负1+P负2+；变压器副线圈中的电流I2由用户负载及电压U2确定，I2=P2/U2；总功率P总=P线+P2.动态分析问题的思路程序可表示为：U1P164电能的输送由于送电的导线有电阻，远距离送电时，线路上损失电能较多。在输送的电功率和送电导线电阻一定的条件下，提高送电电压，减小送电电流强度可以达到减少线路上电能损失的目的。线路中电流强度I和损失电功率计算式如下：注意：送电导线上损

23、失的电功率，不能求，因为不是全部降落在导线上。65传感器的及其工作原理有一些元件它能够感受诸如力、温度、光、声、化学成分等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，或转换为电路的通断。我们把这种元件叫做传感器。它的优点是：把非电学量转换为电学量以后，就可以很方便地进行测量、传输、处理和控制了。光敏电阻在光照射下电阻变化的原因：有些物质，例如硫化镉，是一种半导体材料，无光照时，载流子极少，导电性能不好；随着光照的增强，载流子增多，导电性变好。光照越强，光敏电阻阻值越小。金属导体的电阻随温度的升高而增大，热敏电阻的阻值随温度的升高而减小，且阻值随温度变化非常明显。金属热电阻与热敏

24、电阻都能够把温度这个热学量转换为电阻这个电学量，金属热电阻的化学稳定性好，测温范围大，但灵敏度较差。66传感器的应用1光敏电阻2热敏电阻和金属热电阻3电容式位移传感器4力传感器将力信号转化为电流信号的元件。5霍尔元件 霍尔元件是将电磁感应这个磁学量转化为电压这个电学量的元件。选修33考点汇编一、分子动理论1、物质是由大量分子组成的（1）单分子油膜法测量分子直径（2）任何物质含有的微粒数相同（3）对微观量的估算 = 1 * GB3 分子的两种模型：球形和立方体（固体液体通常看成球形，空气分子占据的空间看成立方体） = 2 * GB3 利用阿伏伽德罗常数联系宏观量与微观量a.分子质量： b.分子体

25、积：c.分子数量：2、分子永不停息的做无规则的热运动（布朗运动 扩散现象）（1）扩散现象：不同物质能够彼此进入对方的现象，说明了物质分子在不停地运动，同时还说明分子间有间隙，温度越高扩散越快（2）布朗运动：它是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的。 = 1 * GB3 布朗运动的三个主要特点：永不停息地无规则运动；颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显。 = 2 * GB3 产生布朗运动的原因：它是由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性造成的。 = 3 * GB3 布朗运动间接地反映了液体分子的无规则运动，布朗运动、扩散现象都有力地说明物体内

26、大量的分子都在永不停息地做无规则运动。（3）热运动：分子的无规则运动与温度有关，简称热运动，温度越高，运动越剧烈3、分子间的相互作用力分子之间的引力和斥力都随分子间距离增大而减小。但是分子间斥力随分子间距离加大而减小得更快些，如图1中两条虚线所示。分子间同时存在引力和斥力，两种力的合力又叫做分子力。在图1图象中实线曲线表示引力和斥力的合力(即分子力)随距离变化的情况。当两个分子间距在图象横坐标距离时，分子间的引力与斥力平衡，分子间作用力为零，的数量级为m，相当于位置叫做平衡位置。当分子距离的数量级大于m时，分子间的作用力变得十分微弱，可以忽略不计了4、温度： 宏观上的温度表示物体的冷热程度，微

27、观上的温度是物体大量分子热运动平均动能的标志。热力学温度与摄氏温度的关系：5、内能 = 1 * GB3 分子势能：分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的相对位置决定的势能，这就是分子势能。分子势能的大小与分子间距离有关，分子势能的大小变化可通过宏观量体积来反映。（时分子势能最小）当时，分子力为引力，当r增大时，分子力做负功，分子势能增加当时，分子力为斥力，当r减少时，分子力做负功，分子是能增加 = 2 * GB3 物体的内能：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和，叫做物体的内能。一切物体都是由不停地做无规则热运动并且相互作用着的分子组成，因此任何物体都是有内能的。（理想气体的内能

28、只取决于温度） = 3 * GB3 改变内能的方式：做功与热传递在使物体内能改变二、气体6、气体实验定律 = 1 * GB3 玻意耳定律：（C为常量）等温变化 微观解释：一定质量的理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的，在这种情况下，体积减少时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大。 适用条件：压强不太大，温度不太低 图象表达： = 2 * GB3 查理定律：（C为常量）等容变化 微观解释：一定质量的气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变，在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 适用条件：温度不太低，压强不太大 图象表达： = 3 * GB3 盖吕萨克

29、定律：（C为常量）等压变化 微观解释：一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大，只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减少，才能保持压强不变 适用条件：压强不太大，温度不太低 图象表达：7、理想气体 宏观上：严格遵守三个实验定律的气体，在常温常压下实验气体可以看成理想气体 微观上：分子间的作用力可以忽略不计，故一定质量的理想气体的内能只与温度有关，与体积无关 理想气体的方程：8、气体压强的微观解释： 大量分子频繁的撞击器壁的结果 影响气体压强的因素： = 1 * GB3 气体的平均分子动能（温度） = 2 * GB3 分子的密集程度即单位体积内的分子数（体积）三、物态和物态变化9、晶体

30、：外观上有规则的几何外形，有确定的熔点，一些物理性质表现为各向异性 非晶体：外观没有规则的几何外形，无确定的熔点，一些物理性质表现为各向同性 = 1 * GB3 判断物质是晶体还是非晶体的主要依据是有无固定的熔点 = 2 * GB3 晶体与非晶体并不是绝对的，有些晶体在一定的条件下可以转化为非晶体（石英玻璃）10、单晶体 多晶体 如果一个物体就是一个完整的晶体，如食盐小颗粒，这样的晶体就是单晶体（单晶硅、单晶锗） 如果整个物体是由许多杂乱无章的小晶体排列而成，这样的物体叫做多晶体，多晶体没有规则的几何外形，但同单晶体一样，仍有确定的熔点。11、表面张力： 当表面层的分子比液体内部稀疏时，分子间

31、距比内部大，表面层的分子表现为引力。如露珠12、液晶： 分子排列有序，各向异性，可自由移动，位置无序，具有流动性 各向异性：分子的排列从某个方向上看液晶分子排列是整齐的，从另一方向看去则是杂乱无章的13、改变系统内能的两种方式：做功和热传递 = 1 * GB3 热传递有三种不同的方式：热传导、热对流和热辐射 = 2 * GB3 这两种方式改变系统的内能是等效的 = 3 * GB3 区别：做功是系统内能和其他形式能之间发生转化；热传递是不同物体（或物体的不同部分）之间内能的转移14、热力学第一定律： = 1 * GB3 表达式符号+外界对系统做功系统从外界吸热系统内能增加-系统对外界做功系统向外

32、界放热系统内能减少15、能量守恒定律 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物体，在转化和转移的过程中其总量不变 第一类永动机不可制成是因为其违背了热力学第一定律 第二类永动机不可制成是因为其违背了热力学第二定律（一切自然过程总是沿着分子热运动的无序性增大的方向进行） 熵是分子热运动无序程度的定量量度，在绝热过程或孤立系统中，熵是增加的。16、能量耗散 系统的内能流散到周围的环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用。3-3疑点分析1.怎样估算标准状态下气体分子间的平均距离？取标准状态下一摩尔的任何气体，体积均为Vmol=22.4L/mo

33、l，分子个数为NA=6.021023/mol。设想气体分子均匀分布，每个气体分子占有空间为一小立方体，则每个气体分子所占小立方体地的边长就等于相邻两气体分子的平均距离，约为分子大小的10倍。2分子热运动与机械运动有何不同？布朗运动与分子运动是一回事吗？布朗运动的产生机理是什么？一束阳光射入暗室内，可看到浮尘舞动，这是布朗运动吗？分子热运动的参考系是物体本身，运动特征是无规则，分子的运动轨迹和到达位置不可预期；机械运动的参考系一般选地面，运动是有规则的，物体的运动轨迹和到达位置可写出具体的函数式。布朗运动不是分子本身运动（既不是液体分子运动，也不是悬浮在液体中小微粒内的分子运动），而是指悬浮在液

34、体中小微粒的运动。微粒在液体中悬浮，其大小很难用肉眼看见，必须借助显微镜观察。必须注意的是：课本选修P6图示显微镜下看到的三颗微粒运动位置的连线，并不是微粒的运动轨迹，而是每隔30s微粒位置的记录连线，实际上在这30s内微粒的运动也是极不规则的。另外，液体分子热运动的平均速率比我们所观察到的布朗运动的速率要大许多倍。布朗运动是周围液体分子对小微粒撞击不平衡产生的。小微粒的布朗运动无规则，间接反映了液体分子运动的无规则性。正因如此，微粒越小，在某瞬间跟它撞击的液体分子数越少，撞击作用的不平衡性就表现得越明显，因而布朗运动越明显。微粒越大，在某瞬间跟它撞击的液体分子数越多，各个方向的撞击作用越接近

35、平衡，这时就很难观察到布朗运动了。一束阳光射入暗室内，可看到浮尘舞动，这不是布朗运动。这里是用肉眼直观，可知那不是微粒而是颗粒，颗粒被周围的空气分子撞击就像乒乓球撞地球，还不能撼动颗粒状态变化。这里颗粒的运动是其周围微粒的撞击和气流扰动作用形成的，故不能叫布朗运动。3.分子力属于自然界的四种基本作用中哪一种作用产生？分子间作用力随分子间距离变化有哪些规律？车胎打气时要用力压，是不是胎内气体分子间表现为斥力？自然界中四种基本作用是万有引力作用、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。分子力、弹力、摩擦力都是电磁作用的表现。分子间作用力随分子间距离变化有如下规律：（1）两个相邻分子间相互作用的引力和

36、斥力同时存在，随分子间距离变化同时增大，同时减小，但变化快慢不同，斥力变化得更快。（2）当两个分子间距离为r0时，每个分子所受的斥力与引力恰好平衡，合力为零，r0的数量级约为10-10m。当两个分子间距离rr0时，分子间作用力的合力表现为斥力；当两个分子间距离rr0时，分子间作用力的合力表现为引力。(3)而当分子间距离r10r0时，分子间的引力和斥力都十分微弱，可以忽略不计，即合力近似为零。此时，物质呈气态。车胎打气时要用力压，胎内气体分子间平均距离10r0，故气体分子间呈现为引力。至于要用力压，是因为胎内气体分子不是静止的，在做剧烈的热运动，大量分子频繁碰撞活塞就产生排斥力，不用力压活塞是进

37、不了的。4.何谓分子势能？有何特性？分子势能变化与分子力做功有怎样的关系？选无穷远处分子势能为零，那么，分子力F=0时，分子势能一定为零吗？物体体积增大，分子势能一定增大吗？分子势能是由分子力和相对位置所决定的能量，分子势能具有相对性和共有性。分子势能的变化取决分子力做功：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加。选无穷远处分子势能为零时，设想两分子间距离由无限远减小到r0，全过程分子相互作用的合力一直为引力，且做正功，故分子势能一直减小。因此，当在分子间距离为r0时，合力为零，但分子势能小于无穷远处分子势能，不为零，为负值，这是由于选定了无穷远处分子势能为零所导致的。如果选分子

38、间距离为r0时分子势能为零，则两分子相距无限远时，分子势能为正值。需要特别注意的是：由于物体分子距离变化，在宏观上表现为体积变化，微观的分子势能也发生相应变化。但是，不是宏观体积增大，微观的分子势能就一定增大。同样是宏观体积增大，有时是微观分子势能增大（在rr0范围内），有时是微观分子势能减小（在rr0范围内）。物质在相态变化时，如晶体熔解、液体汽化中，则化学键突变，这时分子势能变化急剧。例如0oC的冰变成0oC的水，体积是减小了，但势能却是增大的。我们可以从热力学角度分析，温度不变，分子平均动能不变，但冰变成水的过程中要吸热或做功，故内能增大，必有分子势能增大。这是因为冰融化时，其里面的氢键

39、断裂，分子间相互作用突变，导致分子的势能增加。6.比较一下：温度、热量、内能、热能的区别。总结一下：平常所说的“热”有哪几种含义。温度表示物体的冷热程度，是物体内分子热运动剧烈程度的标志，是分子平均平动动能的量度，是个统计状态量。热量是热传递过程中内能转移的量度，是个过程量。也就是说，没有过程谈不上热量，例如说“温度高的物体所含的热量多”就是个错误说法。内能是物体内所有分子（注意：不是一个分子）热运动（包括平动、转动和振动）的动能和分子势能的总和，是个状态量。微观上物体的内能取决分子动能、分子势能和分子个数，宏观上取决物体的体积、温度、物质的量。温度高的物体，不一定内能大，例如一杯开水的内能，

40、不可能比太平洋的海水内能大。热能是物体内所有分子的热运动动能总和，是内能的一部分，也是状态量。物理学并不关心某一状态下的热能或内能多少，重要的是研究状态变化带来的热能和或内能的变化。平常所说的“热”大致有三种含义：一是表温度，例如“这水烫手，好热呀”，这里的“热”指温度高。二是表热量，例如“冰吸热熔解”，这里的“热”指热量。三是表热能或内能，例如“摩擦生热”“热机”，这里的“热”指热能。7.做功和热传递在改变物体内能上是等效的，在本质上有何区别？做功是通过使受力质点的宏观位移，从改变分子相对位置入手，实现其他形式能与内能的转化。微波炉就是通过交变电磁场对食物有极分子作用做功，实现电磁场能与内能

41、的转化，摩擦生热、扭铁丝发热都是使从改变分子相对位置入手，实现其他形式能与内能的转化。热传递是利用温差梯度，通过分子间的碰撞传递，实现不同物体（或同一物体的不同部分）之间内能的转移。烧开水就是热源分子与被加热体内分子间的碰撞传递，实现物体间内能的转移。8.讨论下列问题：（1）温度较高的物体，内能是否一定较大？（2）物体温度不变，内能是否一定不变？（3）物体吸收热量，内能是否一定增大？（4）有力对物体做功，是否一定会改变物体内能？（1）温度较高的物体，内能不一定较大。因为宏观上内能不只是跟温度有关，还跟体积、物质的量有关。（2）物体温度不变，内能可能变化。因为内能是物体内所有分子的热运动（包括平

42、动、转动和振动）动能和分子势能的总和，即是所有分子热运动的动能不变，温度不变，但可能分子势能改变，例如压强一定的条件下，冰的熔解和沸水的汽化时，都是温度不变，但存在物质相态变化，分子势能剧变，故内能改变。（3）物体吸收热量，内能不一定增大。根据热力学第一定律，吸热Q0，如果系统同时对外做功，则W0，故可能系统内能改变U可正，可负，可为零。（4）有力对物体做功，物体的内能不一定改变。一方面，不是所有力做功都能改变物体的内能，例如重力、弹力、静摩擦力做功不会引起机械能与内能转化。热力学第一定律中的功是指能够引起内能转化的功，包括弹性体变功、滑动摩擦力功、表面张力功、电磁场对有极分子做功等；另一方面

43、，当力做功能引起内能转化时，如果同时存在热传递，虽然有内能与机械能转化，但物体的内能总量不一定改变。9.理想气体的宏观规律和微观分子模型各是怎样的？为什么实际气体在温度太低（与室温比较）、压强太高（与大气压比较）时，与理想气体状态方程偏差较大？理想气体宏观上同时严格遵循两大规律：理想气体状态方程和热力学第一定律。理想气体分子的微观模型是：（1）每个分子都可视为质点，重力忽略，分子本身的体积可为零；（2）分子间除弹性碰撞外，无相互作用，故分子势能为零；（3）分子与器壁的碰撞也是弹性碰撞。AB当温度太低时，任何实际气体都可能液化，已不是气体；当压强太高时，气体的密度很大，一是实际分子本身的体积相对

44、于它的平均占有空间不可忽略，出现气体体积偏差，显然，分子本身有一定体积，实际气体不能无限压缩实现体积为零的情况；二是分子间平均距离小于10-9m时，分子间呈现的引力使得分子碰撞器壁产生的压强偏小。因此，只有在温度不太低（与室温比较）、压强不太高（与大气压比较）时，实际气体才可视为理想气体，才较好遵从理想气体状态方程。10.如图所示，两端封闭的直管中间一段长h水银柱分隔开A、B两部分气体，A在上B在下，直管倾斜与水平成角。现使环境温度升高T，水银柱是否移动？如果移动，判断移动方向。到重新平衡时，比较A、B两部分气体压强增量的大小。TT2Tp0pApBT1AB 环境温度升高，为判断水银柱的移动方向

45、，采用“假设法”。假设水银柱先锁定不动，则气体A和B均做等容变化，根据查理定律，对A：，得：对B：，得：由于初始状态压强，温度升高T0，故压强增加量pApB，再解除锁定后水银柱将向上移动。 也可以用图线法处理：假设水银柱先锁定不动，则气体A和B均做等容变化，画出二者等容变化的pT图应为直线，画图时注意利用初始状态压强。利用图线比较二者的压强增加量，显然，pApB，则解除锁定后水银柱将向上移动。到重新平衡时，比较A、B两部分气体压强增量应有：初态平衡：pA+hgsin=pB， 末态重新平衡：,故有A、B两部分气体压强增量。由上面讨论可知，当=0时（即直管水平放置），环境温度升高，水银柱不会移动。

46、12.设泳池中水温均匀且恒定，池底一个小空气泡缓缓升起，泡内水蒸汽忽略，问泡内空气与水之间有无热传递？是否违背热传递条件？常温常压下的气体可视理想气体。小空气泡缓慢升起，意味着每个状态都与水达到热平衡，故泡内气体温度不变，内能不变；泡内气体压强减小，根据玻意耳定律，气泡体积增大，对外做功；根据热力学第一定律，必然吸热。这里气泡吸热并不违背热传递需要温差的条件。因为气泡在水中由下层升到上层时，体积增大对外做功，势必导致内能减小温度降低趋势，于是泡内温度将低于水温，也就产生热传递条件。显然，我们说这里气泡与水始终处于热平衡，温度不变，实际是个极限状态。气泡缓慢上升中的每一时刻，都有温度降低的趋势，

47、只是由于水对气泡及时的热传递补充，才维持着它的温度不变。13.试说明：气体下列情况是否存在？（1）确定的气体处在某一状态，内能有两个数值；（2）确定的气体状态发生变化，内能却不变；（3）确定的气体体积增大，但不对外做功，内能不变；（4）确定的气体对外做功，同时内能增加（1）不存在。确定的气体处在某一状态，压强、体积、温度确定，内能只有唯一值，不能有两个值。（2）可能存在。例如，理想气体等温膨胀过程中，体积变大，压强减小，温度不变，内能不变。原因是，在对外做功的同时，又从外界吸收热量，从而保持其内能不变。（3）可能存在。例如，理想气体向真空绝热自由膨胀过程中，不做功，系统的内能也不变。但气体体积

48、增大，分子数密度减小，气体压强减小。（4）可能存在。例如，理想气体等压膨胀过程中，压强不变，体积增大，温度升高；内能增加，体积增大对外做功，隐含着同时从外界吸热。对于理想气体，同时满足理想气体状态方程和热力学第一定律的过程，就是能发生的过程。14.一定量的理想气体，吸收相同的热量，分别发生等容和等压变化，温度的变化量是否相同？Vp0等压线绝热线等温线V1V2在等容吸热过程中，系统不对外做功，吸收的热量等于系统内能的增量。在等压吸热过程中，必有体积增大对外做功，内能的增量等于吸收的热量减去对外做的功。如果两种情况下，吸收的热量相同，则等容变化中内能增量比等压变化内能增量大，故等容变化中温度升高增量比等压变化温度升高更多。由此可见，理想气体的比热容（温度每升高或减低10C吸收或放出的热量）跟变化过程性质有关，等容变化下的比热容比等压变化下的比热容小；绝热变化下的比热容为零（最小），等温变化下的比热容为无穷大。15.对某一理想气体，分别发生等温、等压、绝热三种膨胀