《高中物理選修》word版.doc

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選修3-2考點(diǎn)匯編 56．電磁感應(yīng)現(xiàn)象Ⅰ 只要穿過閉合回路中的磁通量發(fā)生變化，閉合回路中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果電路不閉合只會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。 這種利用磁場產(chǎn)生電流的現(xiàn)象叫電磁感應(yīng)，是1831年法拉第發(fā)現(xiàn)的。 57．感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件Ⅱ 1、回路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流的條件是回路所圍面積中的磁通量變化，因此研究磁通量的變化是關(guān)鍵，由磁通量的廣義公式中（是B與S的夾角）看，磁通量的變化可由面積的變化引起；可由磁感應(yīng)強(qiáng)度B的變化引起；可由B與S的夾角的變化引起；也可由B、S、中的兩個量的變化，或三個量的同時變化引起。 2、閉合回路中的一部分導(dǎo)體在磁場中作切割磁感線運(yùn)動時，可以產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，感應(yīng)電流，這是初中學(xué)過的，其本質(zhì)也是閉合回路中磁通量發(fā)生變化。 3、產(chǎn)生感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流的條件：導(dǎo)體在磁場里做切割磁感線運(yùn)動時，導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢；穿過線圈的磁量發(fā)生變化時，線圈里就產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。如果導(dǎo)體是閉合電路的一部分，或者線圈是閉合的，就產(chǎn)生感應(yīng)電流。從本質(zhì)上講，上述兩種說法是一致的，所以產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件可歸結(jié)為：穿過閉合電路的磁通量發(fā)生變化。 58．法拉第電磁感應(yīng)定律 楞次定律Ⅱ ①電磁感應(yīng)規(guī)律：感應(yīng)電動勢的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律確定。 ——當(dāng)長L的導(dǎo)線，以速度，在勻強(qiáng)磁場B中，垂直切割磁感線，其兩端間感應(yīng)電動勢的大小為。 如圖所示。設(shè)產(chǎn)生的感應(yīng)電流強(qiáng)度為I，MN間電動勢為，則MN受向左的安培力，要保持MN以勻速向右運(yùn)動，所施外力，當(dāng)行進(jìn)位移為S時，外力功。為所用時間。 而在時間內(nèi)，電流做功，據(jù)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，，則。 ∴，M點(diǎn)電勢高，N點(diǎn)電勢低。 此公式使用條件是方向相互垂直，如不垂直，則向垂直方向作投影。 ，電路中感應(yīng)電動勢的大小跟穿過這個電路的磁通變化率成正比——法拉第電磁感應(yīng)定律。 如上圖中分析所用電路圖，在回路中面積變化，而回路跌磁通變化量，又知。 ∴ 如果回路是匝串聯(lián)，則。 公式 。注意: 1)該式普遍適用于求平均感應(yīng)電動勢。2)只與穿過電路的磁通量的變化率有關(guān), 而與磁通的產(chǎn)生、磁通的大小及變化方式、電路是否閉合、電路的結(jié)構(gòu)與材料等因素?zé)o關(guān)。公式二: 。要注意: 1)該式通常用于導(dǎo)體切割磁感線時, 且導(dǎo)線與磁感線互相垂直(l^B )。2)為v與B的夾角。l為導(dǎo)體切割磁感線的有效長度(即l為導(dǎo)體實(shí)際長度在垂直于B方向上的投影)。公式三: 。注意: 1)該公式由法拉第電磁感應(yīng)定律推出。適用于自感現(xiàn)象。2)與電流的變化率成正比。 公式中涉及到磁通量的變化量的計算, 對的計算, 一般遇到有兩種情況: 1)回路與磁場垂直的面積S不變, 磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化, 由, 此時, 此式中的叫磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率, 若是恒定的, 即磁場變化是均勻的, 那么產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢是恒定電動勢。2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B 不變, 回路與磁場垂直的面積發(fā)生變化, 則, 線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場的軸勻速轉(zhuǎn)動產(chǎn)生交變電動勢就屬這種情況。 嚴(yán)格區(qū)別磁通量, 磁通量的變化量磁通量的變化率, 磁通量, 表示穿過研究平面的磁感線的條數(shù), 磁通量的變化量, 表示磁通量變化的多少, 磁通量的變化率表示磁通量變化的快慢, , 大, 不一定大; 大, 也不一定大, 它們的區(qū)別類似于力學(xué)中的v, 的區(qū)別, 另外I、也有類似的區(qū)別。 公式一般用于導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度相同, 對有些導(dǎo)體各部分切割磁感線的速度不相同的情況, 如何求感應(yīng)電動勢？如圖1所示, 一長為l的導(dǎo)體桿AC繞A點(diǎn)在紙面內(nèi)以角速度勻速轉(zhuǎn)動, 轉(zhuǎn)動的區(qū)域的有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場, 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B, 求AC產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢, 顯然, AC各部分切割磁感線的速度不相等, , 且AC上各點(diǎn)的線速度大小與半徑成正比, 所以AC切割的速度可用其平均切割速度, 即, 故。 ——當(dāng)長為L的導(dǎo)線，以其一端為軸，在垂直勻強(qiáng)磁場B的平面內(nèi)，以角速度勻速轉(zhuǎn)動時，其兩端感應(yīng)電動勢為。 如圖所示，AO導(dǎo)線長L，以O(shè)端為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動一周，所用時間，描過面積，（認(rèn)為面積變化由0增到）則磁通變化。 在AO間產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢且用右手定則制定A端電勢高，O端電勢低。 ——面積為S的紙圈，共匝，在勻強(qiáng)磁場B中，以角速度勻速轉(zhuǎn)坳，其轉(zhuǎn)軸與磁場方向垂直，則當(dāng)線圈平面與磁場方向平行時，線圈兩端有最大有感應(yīng)電動勢。 如圖所示，設(shè)線框長為L，寬為d，以轉(zhuǎn)到圖示位置時，邊垂直磁場方向向紙外運(yùn)動，切割磁感線，速度為（圓運(yùn)動半徑為寬邊d的一半）產(chǎn)生感應(yīng)電動勢 ，端電勢高于端電勢。 邊垂直磁場方向切割磁感線向紙里運(yùn)動，同理產(chǎn)生感應(yīng)電動熱勢。端電勢高于端電勢。 邊，邊不切割，不產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，．兩端等電勢，則輸出端M．N電動勢為。 如果線圈匝，則，M端電勢高，N端電勢低。 參照俯示圖，這位置由于線圈長邊是垂直切割磁感線，所以有感應(yīng)電動勢最大值，如從圖示位置轉(zhuǎn)過一個角度，則圓運(yùn)動線速度，在垂直磁場方向的分量應(yīng)為，則此時線圈的產(chǎn)生感應(yīng)電動勢的瞬時值即作最大值.即作最大值方向的投影，（是線圈平面與磁場方向的夾角）。 當(dāng)線圈平面垂直磁場方向時，線速度方向與磁場方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電動勢為零。 總結(jié)：計算感應(yīng)電動勢公式： （是線圈平面與磁場方向的夾角）。 注意：公式中字母的含義，公式的適用條件及使用圖景。 區(qū)分感應(yīng)電量與感應(yīng)電流, 回路中發(fā)生磁通變化時, 由于感應(yīng)電場的作用使電荷發(fā)生定向移動而形成感應(yīng)電流, 在內(nèi)遷移的電量(感應(yīng)電量)為 , 僅由回路電阻和磁通量的變化量決定, 與發(fā)生磁通量變化的時間無關(guān)。因此, 當(dāng)用一磁棒先后兩次從同一處用不同速度插至線圈中同一位置時, 線圈里聚積的感應(yīng)電量相等, 但快插與慢插時產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢、感應(yīng)電流不同, 外力做功也不同。 ②楞次定律： 1、1834年德國物理學(xué)家楞次通過實(shí)驗(yàn)總結(jié)出：感應(yīng)電流的方向總是要使感應(yīng)電流的磁場阻礙引起感應(yīng)電流的磁通量的變化。 即磁通量變化感應(yīng)電流感應(yīng)電流磁場磁通量變化。 2、當(dāng)閉合電路中的磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流時，用楞次定律判斷感應(yīng)電流的方向。 楞次定律的內(nèi)容：感應(yīng)電流的磁場總是阻礙引起感應(yīng)電流為磁通量變化。 楞次定律是判斷感應(yīng)電動勢方向的定律，但它是通過感應(yīng)電流方向來表述的。按照這個定律，感應(yīng)電流只能采取這樣一個方向，在這個方向下的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場一定是阻礙引起這個感應(yīng)電流的那個變化的磁通量的變化。我們把“引起感應(yīng)電流的那個變化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以簡單表達(dá)為：感應(yīng)電流的磁場總是阻礙原磁通的變化。所謂阻礙原磁通的變化是指：當(dāng)原磁通增加時，感應(yīng)電流的磁場（或磁通）與原磁通方向相反，阻礙它的增加；當(dāng)原磁通減少時，感應(yīng)電流的磁場與原磁通方向相同，阻礙它的減少。從這里可以看出，正確理解感應(yīng)電流的磁場和原磁通的關(guān)系是理解楞次定律的關(guān)鍵。要注意理解“阻礙”和“變化”這四個字，不能把“阻礙”理解為“阻止”，原磁通如果增加，感應(yīng)電流的磁場只能阻礙它的增加，而不能阻止它的增加，而原磁通還是要增加的。更不能感應(yīng)電流的“磁場”阻礙“原磁通”，尤其不能把阻礙理解為感應(yīng)電流的磁場和原磁道方向相反。正確的理解應(yīng)該是：通過感應(yīng)電流的磁場方向和原磁通的方向的相同或相反，來達(dá)到“阻礙”原磁通的“變化”即減或增。楞次定律所反映提這樣一個物理過程：原磁通變化時（原變），產(chǎn)生感應(yīng)電流（I感），這是屬于電磁感應(yīng)的條件問題；感應(yīng)電流一經(jīng)產(chǎn)生就在其周圍空間激發(fā)磁場（感），這就是電流的磁效應(yīng)問題；而且I感的方向就決定了感的方向（用安培右手螺旋定則判定）；感阻礙原的變化——這正是楞次定律所解決的問題。這樣一個復(fù)雜的過程，可以用圖表理順如下： 楞次定律也可以理解為：感應(yīng)電流的效果總是要反抗（或阻礙）產(chǎn)生感應(yīng)電流的原因，即只要有某種可能的過程使磁通量的變化受到阻礙，閉合電路就會努力實(shí)現(xiàn)這種過程： （1）阻礙原磁通的變化（原始表述）； （2）阻礙相對運(yùn)動，可理解為“來拒去留”，具體表現(xiàn)為：若產(chǎn)生感應(yīng)電流的回路或其某些部分可以自由運(yùn)動，則它會以它的運(yùn)動來阻礙穿過路的磁通的變化；若引起原磁通變化為磁體與產(chǎn)生感應(yīng)電流的可動回路發(fā)生相對運(yùn)動，而回路的面積又不可變，則回路得以它的運(yùn)動來阻礙磁體與回路的相對運(yùn)動，而回路將發(fā)生與磁體同方向的運(yùn)動； （3）使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢； （4）阻礙原電流的變化（自感現(xiàn)象）。 利用上述規(guī)律分析問題可獨(dú)辟蹊徑，達(dá)到快速準(zhǔn)確的效果。如圖1所示，在O點(diǎn)懸掛一輕質(zhì)導(dǎo)線環(huán)，拿一條形磁鐵沿導(dǎo)線環(huán)的軸線方向突然向環(huán)內(nèi)插入，判斷在插入過程中導(dǎo)環(huán)如何運(yùn)動。若按常規(guī)方法，應(yīng)先由楞次定律 判斷出環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的方向，再由安培定則確定環(huán)形電流對應(yīng)的磁極，由磁極的相互作用確定導(dǎo)線環(huán)的運(yùn)動方向。若直接從感應(yīng)電流的效果來分析：條形磁鐵向環(huán)內(nèi)插入過程中，環(huán)內(nèi)磁通量增加，環(huán)內(nèi)感應(yīng)電流的效果將阻礙磁通量的增加，由磁通量減小的方向運(yùn)動。因此環(huán)將向右擺動。顯然，用第二種方法判斷更簡捷。 應(yīng)用楞次定律判斷感應(yīng)電流方向的具體步驟： （1）查明原磁場的方向及磁通量的變化情況； （2）根據(jù)楞次定律中的“阻礙”確定感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向； （3）由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場方向用安培表判斷出感應(yīng)電流的方向。 3、當(dāng)閉合電路中的一部分導(dǎo)體做切割磁感線運(yùn)動時，用右手定則可判定感應(yīng)電流的方向。 運(yùn)動切割產(chǎn)生感應(yīng)電流是磁通量發(fā)生變化引起感應(yīng)電流的特例，所以判定電流方向的右手定則也是楞次定律的特例。用右手定則能判定的，一定也能用楞次定律判定，只是不少情況下，不如用右手定則判定的方便簡單。反過來，用楞次定律能判定的，并不是用右手定則都能判定出來。如圖2所示，閉合圖形導(dǎo)線中的磁場逐漸增強(qiáng)，因?yàn)榭床坏角懈?，用右手定則就難以判定感應(yīng)電流的方向，而用楞次定律就很容易判定。 要注意左手定則與右手定則應(yīng)用的區(qū)別，兩個定則的應(yīng)用可簡單總結(jié)為：“因電而動”用左手，“因動而電”用右手，因果關(guān)系不可混淆。 59．互感 自感 渦流Ⅰ 互感：由于線圈A中電流的變化，它產(chǎn)生的磁通量發(fā)生變化，磁通量的變化在線圈B中激發(fā)了感應(yīng)電動勢。這種現(xiàn)象叫互感。 自感現(xiàn)象是指由于導(dǎo)體本身的電流發(fā)生變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象。所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢叫做自感電動勢。自感系數(shù)簡稱自感或電感, 它是反映線圈特性的物理量。線圈越長, 單位長度上的匝數(shù)越多, 截面積越大, 它的自感系數(shù)就越大。另外, 有鐵心的線圈的自感系數(shù)比沒有鐵心時要大得多。 自感現(xiàn)象分通電自感和斷電自感兩種, 其中斷電自感中“小燈泡在熄滅之前是否要閃亮一下”的問題, 如圖2所示, 原來電路閉合處于穩(wěn)定狀態(tài), L與并聯(lián), 其電流分別為, 方向都是從左到右。在斷開S的瞬間, 燈A中原來的從左向右的電流立即消失, 但是燈A與線圈L構(gòu)成一閉合回路, 由于L的自感作用, 其中的電流 不會立即消失, 而是在回路中逐斷減弱維持暫短的時間, 在這個時間內(nèi)燈A中有從右向左的電流通過, 此時通過燈A的電流是從開始減弱的, 如果原來, 則在燈A熄滅之前要閃亮一下; 如果原來, 則燈A是逐斷熄滅不再閃亮一下。原來哪一個大, 要由L的直流電阻和A的電阻的大小來決定, 如果, 如果。 2、由于線圈（導(dǎo)體）本身電流的變化而產(chǎn)生的電磁感應(yīng)現(xiàn)象叫自感現(xiàn)象。在自感現(xiàn)象中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢叫自感電動勢。 由上例分析可知：自感電動勢總量阻礙線圈（導(dǎo)體）中原電流的變化。 渦流及其應(yīng)用 1．變壓器在工作時，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動勢外，變化的磁通量也會在鐵芯中產(chǎn)生感應(yīng)電流。一般來說，只要空間有變化的磁通量，其中的導(dǎo)體就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，我們把這種感應(yīng)電流叫做渦流 2．應(yīng)用： （1）新型爐灶——電磁爐。（2）金屬探測器：飛機(jī)場、火車站安全檢查、掃雷、探礦。 60．交變電流 描述交變電流的物理量和圖象Ⅰ 一、交流電的產(chǎn)生及變化規(guī)律： （1）產(chǎn)生：強(qiáng)度和方向都隨時間作周期性變化的電流叫交流電。 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場中，繞垂直于勻強(qiáng)磁場的線圈的對稱軸作勻速轉(zhuǎn)動時，如圖5—1所示，產(chǎn)生正弦（或余弦）交流電動勢。當(dāng)外電路閉合時形成正弦（或余弦）交流電流。 （2）變化規(guī)律： （1）中性面：與磁力線垂直的平面叫中性面。 線圈平面位于中性面位置時，如圖5—2（A）所示，穿過線圈的磁通量最大，但磁通量變化率為零。因此，感應(yīng)電動勢為零 。 當(dāng)線圈平面勻速轉(zhuǎn)到垂直于中性面的位置時（即線圈平面與磁力線平行時）如圖5—2（C）所示，穿過線圈的磁通量雖然為零，但線圈平面內(nèi)磁通量變化率最大。因此，感應(yīng)電動勢值最大。 （伏） （N為匝數(shù)） （2）感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式： 若從中性面開始，感應(yīng)電動勢的瞬時值表達(dá)式：（伏）如圖5—2（B）所示。 感應(yīng)電流瞬時值表達(dá)式：（安） 若從線圈平面與磁力線平行開始計時，則感應(yīng)電動勢瞬時值表達(dá)式為：（伏）如圖5—2（D）所示。 感應(yīng)電流瞬時值表達(dá)式：（安） 二、表征交流電的物理量： （1）瞬時值、最大值和有效值： 交流電在任一時刻的值叫瞬時值。 瞬時值中最大的值叫最大值又稱峰值。 交流電的有效值是根據(jù)電流的熱效應(yīng)規(guī)定的：讓交流電和恒定直流分別通過同樣阻值的電阻，如果二者熱效應(yīng)相等（即在相同時間內(nèi)產(chǎn)生相等的熱量）則此等效的直流電壓，電流值叫做該交流電的電壓，電流有效值。 正弦（或余弦）交流電電動勢的有效值和最大值的關(guān)系為： 交流電壓有效值； 交流電流有效值。 注意：通常交流電表測出的值就是交流電的有效值。用電器上標(biāo)明的額定值等都是指有效值。用電器上說明的耐壓值是指最大值。 （2）周期、頻率和角頻率 交流電完成一次周期性變化所需的時間叫周期。以T表示，單位是秒。 交流電在1秒內(nèi)完成周期性變化的次數(shù)叫頻率。以f表示，單位是赫茲。 周期和頻率互為倒數(shù)，即。 我國市電頻率為50赫茲，周期為0.02秒。 角頻率： 單位：弧度/秒 交流電的圖象： 圖象如圖5—3所示。 圖象如圖5—4所示。 61。正弦交變電流的函數(shù)表達(dá)式Ⅰ u=Umsinωt i=Imsinωt 63．變壓器Ⅰ 變壓器是可以用來改變交流電壓和電流的大小的設(shè)備。 理想變壓器的效率為1，即輸入功率等于輸出功率。對于原、副線圈各一組的變壓器來說（如圖5—6），原、副線圈上的電壓與它們的匝數(shù)成正。 即 因?yàn)橛?，因而通過原、副線圈的電流強(qiáng)度與它們的匝數(shù)成反比。 即 注意：1．理想變壓器各物理量的決定因素 輸入電壓U1決定輸出電壓U2，輸出電流I2決定輸入電流I1，輸入功率隨輸出功率的變化而變化直到達(dá)到變壓器的最大功率（負(fù)載電阻減小，輸入功率增大；負(fù)載電阻增大，輸入功率減?。? 2．一個原線圈多個副線圈的理想變壓器的電壓、電流的關(guān)系 U1:U2:U3:…=n1:n2:n3:… I1n1=I2n2+I3n3+… 因?yàn)椋?，所以變壓器中高壓線圈電流小，繞制的導(dǎo)線較細(xì)，低電壓的線圈電流大，繞制的導(dǎo)線較粗。 上述各公式中的I、U、P均指有效值，不能用瞬時值。 （3）電壓互感器和電流互感器 電壓互感器是將高電壓變?yōu)榈碗妷海势湓€圈并聯(lián)在待測高壓電路中；電流互感器是將大電流變?yōu)樾‰娏鳎势湓€圈串聯(lián)在待測的高電流電路中。 （二）解決變壓器問題的常用方法 思路1 電壓思路。變壓器原、副線圈的電壓之比為U1/U2=n1/n2；當(dāng)變壓器有多個副繞組時U1/n1=U2/n2=U3/n3=…… 思路2 功率思路。理想變壓器的輸入、輸出功率為P入=P出，即P1=P2；當(dāng)變壓器有多個副繞組時P1=P2+P3+…… 思路3 電流思路。由I=P/U知，對只有一個副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1；當(dāng)變壓器有多個副繞組時n1I1=n2I2+n3I3+…… 思路4 （變壓器動態(tài)問題）制約思路。 （1）電壓制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（n1/n2）一定時，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2=n2U1/n1，可簡述為“原制約副”. （2）電流制約：當(dāng)變壓器原、副線圈的匝數(shù)比（n1/n2）一定，且輸入電壓U1確定時，原線圈中的電流I1由副線圈中的輸出電流I2決定，即I1=n2I2/n1，可簡述為“副制約原”. （3）負(fù)載制約：①變壓器副線圈中的功率P2由用戶負(fù)載決定，P2=P負(fù)1+P負(fù)2+…；②變壓器副線圈中的電流I2由用戶負(fù)載及電壓U2確定，I2=P2/U2；③總功率P總=P線+P2. 動態(tài)分析問題的思路程序可表示為： U1P1 64．電能的輸送Ⅰ 由于送電的導(dǎo)線有電阻，遠(yuǎn)距離送電時，線路上損失電能較多。 在輸送的電功率和送電導(dǎo)線電阻一定的條件下，提高送電電壓，減小送電電流強(qiáng)度可以達(dá)到減少線路上電能損失的目的。 線路中電流強(qiáng)度I和損失電功率計算式如下： 注意：送電導(dǎo)線上損失的電功率，不能求，因?yàn)椴皇侨拷德湓趯?dǎo)線上。 65．傳感器的及其工作原理Ⅰ 有一些元件它能夠感受諸如力、溫度、光、聲、化學(xué)成分等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，或轉(zhuǎn)換為電路的通斷。我們把這種元件叫做傳感器。它的優(yōu)點(diǎn)是：把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換為電學(xué)量以后，就可以很方便地進(jìn)行測量、傳輸、處理和控制了。 光敏電阻在光照射下電阻變化的原因：有些物質(zhì)，例如硫化鎘，是一種半導(dǎo)體材料，無光照時，載流子極少，導(dǎo)電性能不好；隨著光照的增強(qiáng)，載流子增多，導(dǎo)電性變好。光照越強(qiáng)，光敏電阻阻值越小。 金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，熱敏電阻的阻值隨溫度的升高而減小，且阻值隨溫度變化非常明顯。 金屬熱電阻與熱敏電阻都能夠把溫度這個熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個電學(xué)量，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測溫范圍大，但靈敏度較差。 66．傳感器的應(yīng)用Ⅰ 1．光敏電阻 2．熱敏電阻和金屬熱電阻 3．電容式位移傳感器 4．力傳感器————將力信號轉(zhuǎn)化為電流信號的元件。 5．霍爾元件 霍爾元件是將電磁感應(yīng)這個磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個電學(xué)量的元件。 選修3—3考點(diǎn)匯編 一、分子動理論 1、物質(zhì)是由大量分子組成的 （1）單分子油膜法測量分子直徑 （2）任何物質(zhì)含有的微粒數(shù)相同 （3）對微觀量的估算 ①分子的兩種模型：球形和立方體（固體液體通?？闯汕蛐?，空氣分子占據(jù)的空間看成立方體） ②利用阿伏伽德羅常數(shù)聯(lián)系宏觀量與微觀量 a.分子質(zhì)量： b.分子體積： c.分子數(shù)量： 2、分子永不停息的做無規(guī)則的熱運(yùn)動（布朗運(yùn)動 擴(kuò)散現(xiàn)象） （1）擴(kuò)散現(xiàn)象：不同物質(zhì)能夠彼此進(jìn)入對方的現(xiàn)象，說明了物質(zhì)分子在不停地運(yùn)動，同時還說明分子間有間隙，溫度越高擴(kuò)散越快 （2）布朗運(yùn)動：它是懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動，是在顯微鏡下觀察到的。 ①布朗運(yùn)動的三個主要特點(diǎn)：永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動；顆粒越小，布朗運(yùn)動越明顯；溫度越高，布朗運(yùn)動越明顯。 ②產(chǎn)生布朗運(yùn)動的原因：它是由于液體分子無規(guī)則運(yùn)動對固體微小顆粒各個方向撞擊的不均勻性造成的。 ③布朗運(yùn)動間接地反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動，布朗運(yùn)動、擴(kuò)散現(xiàn)象都有力地說明物體內(nèi)大量的分子都在永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動。 （3）熱運(yùn)動：分子的無規(guī)則運(yùn)動與溫度有關(guān)，簡稱熱運(yùn)動，溫度越高，運(yùn)動越劇烈 3、分子間的相互作用力 分子之間的引力和斥力都隨分子間距離增大而減小。但是分子間斥力隨分子間距離加大而減小得更快些，如圖1中兩條虛線所示。分子間同時存在引力和斥力，兩種力的合力又叫做分子力。在圖1圖象中實(shí)線曲線表示引力和斥力的合力(即分子力)隨距離變化的情況。當(dāng)兩個分子間距在圖象橫坐標(biāo)距離時，分子間的引力與斥力平衡，分子間作用力為零，的數(shù)量級為m，相當(dāng)于位置叫做平衡位置。當(dāng)分子距離的數(shù)量級大于m時，分子間的作用力變得十分微弱，可以忽略不計了 4、溫度： 宏觀上的溫度表示物體的冷熱程度，微觀上的溫度是物體大量分子熱運(yùn)動平均動能的標(biāo)志。熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系： 5、內(nèi)能 ①分子勢能：分子間存在著相互作用力，因此分子間具有由它們的相對位置決定的勢能，這就是分子勢能。分子勢能的大小與分子間距離有關(guān)，分子勢能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。（時分子勢能最小） 當(dāng)時，分子力為引力，當(dāng)r增大時，分子力做負(fù)功，分子勢能增加 當(dāng)時，分子力為斥力，當(dāng)r減少時，分子力做負(fù)功，分子是能增加 ②物體的內(nèi)能：物體中所有分子熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和，叫做物體的內(nèi)能。一切物體都是由不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動并且相互作用著的分子組成，因此任何物體都是有內(nèi)能的。（理想氣體的內(nèi)能只取決于溫度） ③改變內(nèi)能的方式：做功與熱傳遞在使物體內(nèi)能改變 二、氣體 6、氣體實(shí)驗(yàn)定律 ①玻意耳定律：（C為常量）→等溫變化 微觀解釋：一定質(zhì)量的理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是一定的，在這種情況下，體積減少時，分子的密集程度增大，氣體的壓強(qiáng)就增大。 適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低 圖象表達(dá)： ②查理定律：（C為常量）→等容變化 微觀解釋：一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變時，分子的密集程度保持不變，在這種情況下，溫度升高時，分子的平均動能增大，氣體的壓強(qiáng)就增大。 適用條件：溫度不太低，壓強(qiáng)不太大 圖象表達(dá)： ③蓋呂薩克定律：（C為常量）→等壓變化 微觀解釋：一定質(zhì)量的氣體，溫度升高時，分子的平均動能增大，只有氣體的體積同時增大，使分子的密集程度減少，才能保持壓強(qiáng)不變 適用條件：壓強(qiáng)不太大，溫度不太低 圖象表達(dá)： 7、理想氣體 宏觀上：嚴(yán)格遵守三個實(shí)驗(yàn)定律的氣體，在常溫常壓下實(shí)驗(yàn)氣體可以看成理想氣體 微觀上：分子間的作用力可以忽略不計，故一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，與體積無關(guān) 理想氣體的方程： 8、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋： 大量分子頻繁的撞擊器壁的結(jié)果 影響氣體壓強(qiáng)的因素：①氣體的平均分子動能（溫度）②分子的密集程度即單位體積內(nèi)的分子數(shù)（體積） 三、物態(tài)和物態(tài)變化 9、晶體：外觀上有規(guī)則的幾何外形，有確定的熔點(diǎn)，一些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向異性 非晶體：外觀沒有規(guī)則的幾何外形，無確定的熔點(diǎn)，一些物理性質(zhì)表現(xiàn)為各向同性 ①判斷物質(zhì)是晶體還是非晶體的主要依據(jù)是有無固定的熔點(diǎn) ②晶體與非晶體并不是絕對的，有些晶體在一定的條件下可以轉(zhuǎn)化為非晶體（石英→玻璃） 10、單晶體 多晶體 如果一個物體就是一個完整的晶體，如食鹽小顆粒，這樣的晶體就是單晶體（單晶硅、單晶鍺） 如果整個物體是由許多雜亂無章的小晶體排列而成，這樣的物體叫做多晶體，多晶體沒有規(guī)則的幾何外形，但同單晶體一樣，仍有確定的熔點(diǎn)。 11、表面張力： 當(dāng)表面層的分子比液體內(nèi)部稀疏時，分子間距比內(nèi)部大，表面層的分子表現(xiàn)為引力。如露珠 12、液晶： 分子排列有序，各向異性，可自由移動，位置無序，具有流動性 各向異性：分子的排列從某個方向上看液晶分子排列是整齊的，從另一方向看去則是雜亂無章的 13、改變系統(tǒng)內(nèi)能的兩種方式：做功和熱傳遞 ①熱傳遞有三種不同的方式：熱傳導(dǎo)、熱對流和熱輻射 ②這兩種方式改變系統(tǒng)的內(nèi)能是等效的 ③區(qū)別：做功是系統(tǒng)內(nèi)能和其他形式能之間發(fā)生轉(zhuǎn)化；熱傳遞是不同物體（或物體的不同部分）之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移 14、熱力學(xué)第一定律：①表達(dá)式 符號 + 外界對系統(tǒng)做功 系統(tǒng)從外界吸熱 系統(tǒng)內(nèi)能增加 - 系統(tǒng)對外界做功 系統(tǒng)向外界放熱 系統(tǒng)內(nèi)能減少 15、能量守恒定律 能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變 第一類永動機(jī)不可制成是因?yàn)槠溥`背了熱力學(xué)第一定律 第二類永動機(jī)不可制成是因?yàn)槠溥`背了熱力學(xué)第二定律（一切自然過程總是沿著分子熱運(yùn)動的無序性增大的方向進(jìn)行） 熵是分子熱運(yùn)動無序程度的定量量度，在絕熱過程或孤立系統(tǒng)中，熵是增加的。 16、能量耗散 系統(tǒng)的內(nèi)能流散到周圍的環(huán)境中，沒有辦法把這些內(nèi)能收集起來加以利用。 3---3疑點(diǎn)分析 1.怎樣估算標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體分子間的平均距離？ 取標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下一摩爾的任何氣體，體積均為Vmol=22.4L/mol，分子個數(shù)為NA=6.021023/mol。設(shè)想氣體分子均勻分布，每個氣體分子占有空間為一小立方體，則每個氣體分子所占小立方體地的邊長就等于相鄰兩氣體分子的平均距離 ，，，約為分子大小的10倍。 2．分子熱運(yùn)動與機(jī)械運(yùn)動有何不同？布朗運(yùn)動與分子運(yùn)動是一回事嗎？布朗運(yùn)動的產(chǎn)生機(jī)理是什么？一束陽光射入暗室內(nèi)，可看到浮塵舞動，這是布朗運(yùn)動嗎？ 分子熱運(yùn)動的參考系是物體本身，運(yùn)動特征是無規(guī)則，分子的運(yùn)動軌跡和到達(dá)位置不可預(yù)期；機(jī)械運(yùn)動的參考系一般選地面，運(yùn)動是有規(guī)則的，物體的運(yùn)動軌跡和到達(dá)位置可寫出具體的函數(shù)式。 布朗運(yùn)動不是分子本身運(yùn)動（既不是液體分子運(yùn)動，也不是懸浮在液體中小微粒內(nèi)的分子運(yùn)動），而是指懸浮在液體中小微粒的運(yùn)動。微粒在液體中懸浮，其大小很難用肉眼看見，必須借助顯微鏡觀察。必須注意的是：課本選修P6圖示顯微鏡下看到的三顆微粒運(yùn)動位置的連線，并不是微粒的運(yùn)動軌跡，而是每隔30s微粒位置的記錄連線，實(shí)際上在這30s內(nèi)微粒的運(yùn)動也是極不規(guī)則的。另外，液體分子熱運(yùn)動的平均速率比我們所觀察到的布朗運(yùn)動的速率要大許多倍。 布朗運(yùn)動是周圍液體分子對小微粒撞擊不平衡產(chǎn)生的。小微粒的布朗運(yùn)動無規(guī)則，間接反映了液體分子運(yùn)動的無規(guī)則性。正因如此，微粒越小，在某瞬間跟它撞擊的液體分子數(shù)越少，撞擊作用的不平衡性就表現(xiàn)得越明顯，因而布朗運(yùn)動越明顯。微粒越大，在某瞬間跟它撞擊的液體分子數(shù)越多，各個方向的撞擊作用越接近平衡，這時就很難觀察到布朗運(yùn)動了。 一束陽光射入暗室內(nèi)，可看到浮塵舞動，這不是布朗運(yùn)動。這里是用肉眼直觀，可知那不是微粒而是顆粒，顆粒被周圍的空氣分子撞擊就像乒乓球撞地球，還不能撼動顆粒狀態(tài)變化。這里顆粒的運(yùn)動是其周圍微粒的撞擊和氣流擾動作用形成的，故不能叫布朗運(yùn)動。 3.分子力屬于自然界的四種基本作用中哪一種作用產(chǎn)生？分子間作用力隨分子間距離變化有哪些規(guī)律？車胎打氣時要用力壓，是不是胎內(nèi)氣體分子間表現(xiàn)為斥力？ 自然界中四種基本作用是萬有引力作用、電磁相互作用、強(qiáng)相互作用、弱相互作用。分子力、彈力、摩擦力都是電磁作用的表現(xiàn)。 分子間作用力隨分子間距離變化有如下規(guī)律： （1）兩個相鄰分子間相互作用的引力和斥力同時存在，隨分子間距離變化同時增大，同時減小，但變化快慢不同，斥力變化得更快。 （2）當(dāng)兩個分子間距離為r0時，每個分子所受的斥力與引力恰好平衡，合力為零，r0的數(shù)量級約為10-10m。當(dāng)兩個分子間距離r＜r0時，分子間作用力的合力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)兩個分子間距離r＞r0時，分子間作用力的合力表現(xiàn)為引力。 (3)而當(dāng)分子間距離r＞10r0時，分子間的引力和斥力都十分微弱，可以忽略不計，即合力近似為零。此時，物質(zhì)呈氣態(tài)。 車胎打氣時要用力壓，胎內(nèi)氣體分子間平均距離＞10r0，故氣體分子間呈現(xiàn)為引力。至于要用力壓，是因?yàn)樘?nèi)氣體分子不是靜止的，在做劇烈的熱運(yùn)動，大量分子頻繁碰撞活塞就產(chǎn)生排斥力，不用力壓活塞是進(jìn)不了的。 4.何謂分子勢能？有何特性？分子勢能變化與分子力做功有怎樣的關(guān)系？選無窮遠(yuǎn)處分子勢能為零，那么，分子力F=0時，分子勢能一定為零嗎？物體體積增大，分子勢能一定增大嗎？ 分子勢能是由分子力和相對位置所決定的能量，分子勢能具有相對性和共有性。分子勢能的變化取決分子力做功：分子力做正功，分子勢能減小；分子力做負(fù)功，分子勢能增加。 選無窮遠(yuǎn)處分子勢能為零時，設(shè)想兩分子間距離由無限遠(yuǎn)減小到r0，全過程分子相互作用的合力一直為引力，且做正功，故分子勢能一直減小。因此，當(dāng)在分子間距離為r0時，合力為零，但分子勢能小于無窮遠(yuǎn)處分子勢能，不為零，為負(fù)值，這是由于選定了無窮遠(yuǎn)處分子勢能為零所導(dǎo)致的。如果選分子間距離為r0時分子勢能為零，則兩分子相距無限遠(yuǎn)時，分子勢能為正值。 需要特別注意的是：由于物體分子距離變化，在宏觀上表現(xiàn)為體積變化，微觀的分子勢能也發(fā)生相應(yīng)變化。但是，不是宏觀體積增大，微觀的分子勢能就一定增大。同樣是宏觀體積增大，有時是微觀分子勢能增大（在r＞r0范圍內(nèi)），有時是微觀分子勢能減?。ㄔ趓＜r0范圍內(nèi)）。物質(zhì)在相態(tài)變化時，如晶體熔解、液體汽化中，則化學(xué)鍵突變，這時分子勢能變化急劇。例如0oC的冰變成0oC的水，體積是減小了，但勢能卻是增大的。我們可以從熱力學(xué)角度分析，溫度不變，分子平均動能不變，但冰變成水的過程中要吸熱或做功，故內(nèi)能增大，必有分子勢能增大。這是因?yàn)楸诨瘯r，其里面的氫鍵斷裂，分子間相互作用突變，導(dǎo)致分子的勢能增加。 6.比較一下：溫度、熱量、內(nèi)能、熱能的區(qū)別?？偨Y(jié)一下：平常所說的“熱”有哪幾種含義。 溫度表示物體的冷熱程度，是物體內(nèi)分子熱運(yùn)動劇烈程度的標(biāo)志，是分子平均平動動能的量度，是個統(tǒng)計狀態(tài)量。 熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度，是個過程量。也就是說，沒有過程談不上熱量，例如說“溫度高的物體所含的熱量多”就是個錯誤說法。 內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子（注意：不是一個分子）熱運(yùn)動（包括平動、轉(zhuǎn)動和振動）的動能和分子勢能的總和，是個狀態(tài)量。微觀上物體的內(nèi)能取決分子動能、分子勢能和分子個數(shù)，宏觀上取決物體的體積、溫度、物質(zhì)的量。溫度高的物體，不一定內(nèi)能大，例如一杯開水的內(nèi)能，不可能比太平洋的海水內(nèi)能大。 熱能是物體內(nèi)所有分子的熱運(yùn)動動能總和，是內(nèi)能的一部分，也是狀態(tài)量。物理學(xué)并不關(guān)心某一狀態(tài)下的熱能或內(nèi)能多少，重要的是研究狀態(tài)變化帶來的熱能和或內(nèi)能的變化。 平常所說的“熱”大致有三種含義：一是表溫度，例如“這水燙手，好熱呀”，這里的“熱”指溫度高。二是表熱量，例如“冰吸熱熔解”，這里的“熱”指熱量。三是表熱能或內(nèi)能，例如“摩擦生熱”“熱機(jī)”，這里的“熱”指熱能。 7.做功和熱傳遞在改變物體內(nèi)能上是等效的，在本質(zhì)上有何區(qū)別？ 做功是通過使受力質(zhì)點(diǎn)的宏觀位移，從改變分子相對位置入手，實(shí)現(xiàn)其他形式能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。微波爐就是通過交變電磁場對食物有極分子作用做功，實(shí)現(xiàn)電磁場能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化，摩擦生熱、扭鐵絲發(fā)熱都是使從改變分子相對位置入手，實(shí)現(xiàn)其他形式能與內(nèi)能的轉(zhuǎn)化。熱傳遞是利用溫差梯度，通過分子間的碰撞傳遞，實(shí)現(xiàn)不同物體（或同一物體的不同部分）之間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。燒開水就是熱源分子與被加熱體內(nèi)分子間的碰撞傳遞，實(shí)現(xiàn)物體間內(nèi)能的轉(zhuǎn)移。 8.討論下列問題： （1）溫度較高的物體，內(nèi)能是否一定較大？（2）物體溫度不變，內(nèi)能是否一定不變？ （3）物體吸收熱量，內(nèi)能是否一定增大？（4）有力對物體做功，是否一定會改變物體內(nèi)能？ （1）溫度較高的物體，內(nèi)能不一定較大。因?yàn)楹暧^上內(nèi)能不只是跟溫度有關(guān)，還跟體積、物質(zhì)的量有關(guān)。 （2）物體溫度不變，內(nèi)能可能變化。因?yàn)閮?nèi)能是物體內(nèi)所有分子的熱運(yùn)動（包括平動、轉(zhuǎn)動和振動）動能和分子勢能的總和，即是所有分子熱運(yùn)動的動能不變，溫度不變，但可能分子勢能改變，例如壓強(qiáng)一定的條件下，冰的熔解和沸水的汽化時，都是溫度不變，但存在物質(zhì)相態(tài)變化，分子勢能劇變，故內(nèi)能改變。 （3）物體吸收熱量，內(nèi)能不一定增大。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，吸熱Q＞0，如果系統(tǒng)同時對外做功，則W＜0，故可能系統(tǒng)內(nèi)能改變△U可正，可負(fù)，可為零。 （4）有力對物體做功，物體的內(nèi)能不一定改變。一方面，不是所有力做功都能改變物體的內(nèi)能，例如重力、彈力、靜摩擦力做功不會引起機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化。熱力學(xué)第一定律中的功是指能夠引起內(nèi)能轉(zhuǎn)化的功，包括彈性體變功、滑動摩擦力功、表面張力功、電磁場對有極分子做功等；另一方面，當(dāng)力做功能引起內(nèi)能轉(zhuǎn)化時，如果同時存在熱傳遞，雖然有內(nèi)能與機(jī)械能轉(zhuǎn)化，但物體的內(nèi)能總量不一定改變。 9.理想氣體的宏觀規(guī)律和微觀分子模型各是怎樣的？為什么實(shí)際氣體在溫度太低（與室溫比較）、壓強(qiáng)太高（與大氣壓比較）時，與理想氣體狀態(tài)方程偏差較大？ 理想氣體宏觀上同時嚴(yán)格遵循兩大規(guī)律：理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律。 理想氣體分子的微觀模型是：（1）每個分子都可視為質(zhì)點(diǎn)，重力忽略，分子本身的體積可為零；（2）分子間除彈性碰撞外，無相互作用，故分子勢能為零；（3）分子與器壁的碰撞也是彈性碰撞。 A B θ 當(dāng)溫度太低時，任何實(shí)際氣體都可能液化，已不是氣體；當(dāng)壓強(qiáng)太高時，氣體的密度很大，一是實(shí)際分子本身的體積相對于它的平均占有空間不可忽略，出現(xiàn)氣體體積偏差，顯然，分子本身有一定體積，實(shí)際氣體不能無限壓縮實(shí)現(xiàn)體積為零的情況；二是分子間平均距離小于10-9m時，分子間呈現(xiàn)的引力使得分子碰撞器壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)偏小。因此，只有在溫度不太低（與室溫比較）、壓強(qiáng)不太高（與大氣壓比較）時，實(shí)際氣體才可視為理想氣體，才較好遵從理想氣體狀態(tài)方程。 10.如圖所示，兩端封閉的直管中間一段長h水銀柱分隔開A、B兩部分氣體，A在上B在下，直管傾斜與水平成θ角?，F(xiàn)使環(huán)境溫度升高△T，水銀柱是否移動？如果移動，判斷移動方向。到重新平衡時，比較A、B兩部分氣體壓強(qiáng)增量的大小。 △T T2 T p 0 △pA △pB T1 A B 環(huán)境溫度升高，為判斷水銀柱的移動方向，采用“假設(shè)法”。假設(shè)水銀柱先鎖定不動，則氣體A和B均做等容變化，根據(jù)查理定律， 對A：，得： 對B：，得： 由于初始狀態(tài)壓強(qiáng)，溫度升高△T＞0，故壓強(qiáng)增加量△pA＜△pB，再解除鎖定后水銀柱將向上移動。 也可以用圖線法處理：假設(shè)水銀柱先鎖定不動，則氣體A和B均做等容變化，畫出二者等容變化的p—T圖應(yīng)為直線，畫圖時注意利用初始狀態(tài)壓強(qiáng)。利用圖線比較二者的壓強(qiáng)增加量，顯然，△pA＜△pB，則解除鎖定后水銀柱將向上移動。 到重新平衡時，比較A、B兩部分氣體壓強(qiáng)增量應(yīng)有： 初態(tài)平衡：pA+ρhgsinθ=pB， 末態(tài)重新平衡：,故有A、B兩部分氣體壓強(qiáng)增量。 由上面討論可知，當(dāng)θ=0時（即直管水平放置），環(huán)境溫度升高，水銀柱不會移動。 12.設(shè)泳池中水溫均勻且恒定，池底一個小空氣泡緩緩升起，泡內(nèi)水蒸汽忽略，問泡內(nèi)空氣與水之間有無熱傳遞？是否違背熱傳遞條件？ 常溫常壓下的氣體可視理想氣體。小空氣泡緩慢升起，意味著每個狀態(tài)都與水達(dá)到熱平衡，故泡內(nèi)氣體溫度不變，內(nèi)能不變；泡內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小，根據(jù)玻意耳定律，氣泡體積增大，對外做功；根據(jù)熱力學(xué)第一定律，必然吸熱。 這里氣泡吸熱并不違背熱傳遞需要溫差的條件。因?yàn)闅馀菰谒杏上聦由缴蠈訒r，體積增大對外做功，勢必導(dǎo)致內(nèi)能減小溫度降低趨勢，于是泡內(nèi)溫度將低于水溫，也就產(chǎn)生熱傳遞條件。顯然，我們說這里氣泡與水始終處于熱平衡，溫度不變，實(shí)際是個極限狀態(tài)。氣泡緩慢上升中的每一時刻，都有溫度降低的趨勢，只是由于水對氣泡及時的熱傳遞補(bǔ)充，才維持著它的溫度不變。 13.試說明：氣體下列情況是否存在？ （1）確定的氣體處在某一狀態(tài)，內(nèi)能有兩個數(shù)值；（2）確定的氣體狀態(tài)發(fā)生變化，內(nèi)能卻不變；（3）確定的氣體體積增大，但不對外做功，內(nèi)能不變；（4）確定的氣體對外做功，同時內(nèi)能增加 （1）不存在。確定的氣體處在某一狀態(tài)，壓強(qiáng)、體積、溫度確定，內(nèi)能只有唯一值，不能有兩個值。 （2）可能存在。例如，理想氣體等溫膨脹過程中，體積變大，壓強(qiáng)減小，溫度不變，內(nèi)能不變。原因是，在對外做功的同時，又從外界吸收熱量，從而保持其內(nèi)能不變。 （3）可能存在。例如，理想氣體向真空絕熱自由膨脹過程中，不做功，系統(tǒng)的內(nèi)能也不變。但氣體體積增大，分子數(shù)密度減小，氣體壓強(qiáng)減小。 （4）可能存在。例如，理想氣體等壓膨脹過程中，壓強(qiáng)不變，體積增大，溫度升高；內(nèi)能增加，體積增大對外做功，隱含著同時從外界吸熱。 對于理想氣體，同時滿足理想氣體狀態(tài)方程和熱力學(xué)第一定律的過程，就是能發(fā)生的過程。 14.一定量的理想氣體，吸收相同的熱量，分別發(fā)生等容和等壓變化，溫度的變化量是否相同？ V p 0 等壓線 絕熱線 等溫線 V1 V2 在等容吸熱過程中，系統(tǒng)不對外做功，吸收的熱量等于系統(tǒng)內(nèi)能的增量。在等壓吸熱過程中，必有體積增大對外做功，內(nèi)能的增量等于吸收的熱量減去對外做的功。如果兩種情況下，吸收的熱量相同，則等容變化中內(nèi)能增量比等壓變化內(nèi)能增量大，故等容變化中溫度升高增量比等壓變化溫度升高更多。由此可見，理想氣體的比熱容（溫度每升高或減低10C吸收或放出的熱量）跟變化過程性質(zhì)有關(guān)，等容變化下的比熱容比等壓變化下的比熱容?。唤^熱變化下的比熱容為零（最小），等溫變化下的比熱容為無窮大。 15.對某一理想氣體，分別發(fā)生等溫、等壓、絕熱三種膨脹，體積變化相同，對外做功是否相同？ 我們可先畫出三種變化過程p—V圖線，p—V圖線與橫軸所夾面積表示氣體與外界所做功的數(shù)值。根據(jù)圖線與橫軸所謂面積大小可知：氣體體積由V1增大到V2過程中，相同的體積變化量，等壓膨脹對外做功最多，絕熱膨脹對外做功次之，等溫膨脹對外做功最少。 16.是不是只要不違反能量守恒定律的宏觀過程就一定都能發(fā)生？熱力學(xué)第二定律揭示了什么樣的物理規(guī)律？ 并不是只要不違反能量守恒定律的宏觀過程就一定能發(fā)生。例如，汽車剎車后受摩擦力作用最后停止運(yùn)動，動能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但不可設(shè)想把散失的內(nèi)能自動收回讓它重新運(yùn)動起來。熱力學(xué)第二定律明確指出：自然界中一切與熱現(xiàn)象有關(guān)的宏觀過程都是不可逆的。 熱力學(xué)第二定律有兩種典型表述：第一種表述是：“熱量不能自發(fā)地從低溫物體傳到高溫物體”，這里“自發(fā)”二字很關(guān)鍵，空調(diào)雖然實(shí)現(xiàn)了從較低溫的室內(nèi)取走熱量“送”到較高溫的室外，但過程中有第三者介入，那就是開動了壓縮機(jī)。也就是說熱量可以自發(fā)地由高溫物體傳到低溫物體，但逆過程不能自發(fā)進(jìn)行。第二中表述是：“不可能從單一熱庫吸收熱量，使之完全變成功，而不產(chǎn)生其他影響”。這里“單一熱庫”是指溫度均勻且不變的熱庫。意思是機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但內(nèi)能不可能完全轉(zhuǎn)化為等值的機(jī)械能，而不產(chǎn)生其他影響。理想氣體等溫膨脹過程中，所吸收的熱量和對外做的功相等，自身的內(nèi)能未變，但產(chǎn)生了“其他影響” ，那就是體積變化了。熱力學(xué)第二定律還有其它的表述，共同點(diǎn)都是涉及熱現(xiàn)象的宏觀過程具有方向性，例如，渾水可變清，泥沙下沉，重力勢能減小，機(jī)械能最終轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，但使清水變渾逆過程必須要有外界影響，自身不能自發(fā)進(jìn)行。 17.何謂第一類永動機(jī)？何謂第二類永動機(jī)？理想熱機(jī)的效率能否為100%？ 第一類永動機(jī)是不消耗任何能量而可源源不斷提供機(jī)械能的機(jī)器，它違背能量守恒定律，必然失敗。第二類永動機(jī)是不違反能量守恒定律，讓熱機(jī)從單一熱庫不斷吸熱，使之全部變?yōu)橛杏霉?。它違背了熱力學(xué)第二定律，因此也是幻想。無數(shù)事實(shí)證明：在任何情況下，熱機(jī)不可能只有一個熱庫，既要有個被吸熱的高溫?zé)釒?，還必須有個低溫?zé)釒欤釞C(jī)工作時必排氣，排氣溫度一定高于環(huán)境溫度，要散熱，要有冷凝器或大氣，否則自身體溫不斷升高最后不能工作）。即使是理想熱機(jī)（漏氣、摩擦、機(jī)體熱散失可忽略），它排出的氣體（工作物質(zhì)）溫度一定比低溫?zé)釒鞙囟雀撸赜胁糠譄崃颗沤o了低溫?zé)釒?，其效率也不可能?00%！ 18.晶體和非晶體的基本特征差異是什么？多晶體與非晶體的區(qū)別是什么？石蠟、玻璃、松香、瀝青、冰和云母這些固體中哪些是晶體？晶體和非晶體是不是絕對的？嚴(yán)格意義上的固體是什么？液晶是怎樣一種特殊狀態(tài)的物質(zhì)？ 晶體的基本特征有：一是組成它的粒子（原子、分子、離子或原子團(tuán)）在空間有規(guī)律周期性排列，因而單晶體都有規(guī)則的天然幾何外形；二是宏觀上表現(xiàn)為各向異性，如力學(xué)性質(zhì)（硬度、彈性模量等），熱學(xué)性質(zhì)（熱膨脹系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等），電學(xué)性質(zhì)（介電常數(shù)、電阻率等）光學(xué)性質(zhì)（折射率、吸收系數(shù)）在各個方向上可能不同；三是具有一定的熔點(diǎn)。這三點(diǎn)性質(zhì)特別是后兩點(diǎn)是區(qū)別晶體和非晶體的標(biāo)志。 如果整個物體是一個晶體，這樣的物體就叫單晶體。如果整個物體由許多雜亂無章排列的小晶體微粒組成，這樣的物體就叫多晶體。多晶體宏觀上不象單晶體有規(guī)則的天然幾何外形，也不顯示各向異性，就象非晶體表現(xiàn)出各向同性，但每個小晶粒仍然保持各向異性的物理特征，但它仍具有一定得熔點(diǎn)，這是與非晶體的主要區(qū)別。 晶體和非晶體不是絕對的，有些在一定條件下可互相轉(zhuǎn)化。例如天然水晶是晶體，但熔化后再凝固的水晶就是石英玻璃，為非晶體。 因?yàn)榉蔷w微觀結(jié)構(gòu)與液體非常相似，沒有一定的熔點(diǎn)，可以看作是粘滯性很大的液體。所以嚴(yán)格說來，只有晶體才是真正的固體。液晶一方面像液體，具有流動性；另一方面又象晶體，光學(xué)性質(zhì)各向異性。液晶是介于液體和固體之間的過渡狀態(tài)，微觀結(jié)構(gòu)也介于固液之間。