一、重要概念和規(guī)律
1.一定質量理想氣體的實驗定律
玻意耳定律:PV=恒量;查理定律:P/T=恒量;蓋?呂薩克定律:V/T=恒量。
2.分子動理論
物質是由大量分子組成的;分子永不停息的做無規(guī)則運動;分子間存在相互作用的引力和斥力。說明:(1)阿伏伽德羅常量NA=摩-1。它是聯(lián)系宏觀量和微觀量的橋梁,有很重要的意義;(2)布朗運動是指懸浮在液體(或氣體)里的固體微粒的無規(guī)則運動,不是分子本身的運動。它是由于液體(或氣體)分子無規(guī)則運動對固體微粒碰撞的不均勻所造成的。因此它間接反映了液體(或氣體)分子的無序運動。
3.內能
定義物體里所有分子的動能和勢能的總和。決定因素:物質數(shù)量(m).溫度(T)、體積(V)。改變方式做功??通過宏觀機械運動實現(xiàn)機械能與內能的轉換;熱傳遞??通過微觀的分子運動實現(xiàn)物體與物體間或同一物體各部分間內能的轉移。這兩種方式對改變內能是等效的。定量關系△E=W+Q(熱力學第一定律)。
4.溫度
溫度是物體分子熱運動的平均動能的標志。它是大量分子熱運動的平均效果的反映,具有統(tǒng)計的意義,對個別分子而言,溫度是沒有意義的。任何物體,當它們的溫度相同時,物體內分子的平均動能都相同。由于不同物體的分子質量不同,因而溫度相同時不同物體分子的平均速度并不一定相同。
5.能量守恒定律
能量既不會憑空產(chǎn)生,也不會憑空消旯它產(chǎn)能從一種形式轉化為別的形式,或者從一個物體轉移到別的物體。必須注意:不消耗任何能量,不斷對外做功的機器(永動機)是不可能的。利用熱機,要把從燃料的化學能轉化成的內能,全部轉化為機械能也是不可能的。
6.理想氣體狀態(tài)參量
理想氣體始終遵循三個實驗定律(玻意耳定律、查理定律、蓋?呂薩克定律)的氣體。描述一定質量理想氣體在平衡態(tài)的狀態(tài)參量為:溫度氣體分子平均動能的標志。體積氣體分子所占據(jù)的空間。許多情況下等于容器的容積。壓強大量氣體分子無規(guī)則運動碰撞器壁所產(chǎn)生的。其大小等于單位時間內、器壁單位面積上所受氣體分子碰撞的總沖量。內能氣體分子無規(guī)則運動的動能.理想氣體的內能僅與溫度有關。
7.一定質量理想氣體狀態(tài)方程
PV/T=恒量
說明(1)一定質量理想氣體的某個狀態(tài),對應于P一V(或P-T、V-T)圖上的一個點,從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài),相當于從圖上一個點過渡到另一個點,可以有許多種不同的方法。如從狀態(tài)A變化到B,可以經(jīng)過的過程許多不同的過程。為推導狀態(tài)方程,可結合圖象選用任意兩個等值過程較為方便。(2)當氣體質量發(fā)生變化或互有遷移(混合)時,可采用把變質量問題轉化為定質量問題,利用密度公式、氣態(tài)方程分態(tài)式等方法求解。
二、重要研究方法
1.能的轉化和守恒
各種不同形式的能可以互相轉化,在轉化過程中總量保持不變。這是自然界中的一條重要規(guī)律。也是指導我們分析研究各種物理現(xiàn)象時的一種極為重要的思想方法。在本講中各部分都有廣泛的滲透,應牢固把握。
2.物理圖象
氣體性質部分對圖象的應用既是一特點,也是一個重要的方法。利用圖象?墒刮锢磉^程得到直觀、形象的反映,往往使對問題的求解更為簡便。對物理圖象的要求,不僅是識圖、用圖,而且還應變圖一即作圖象變換。如圖P-V圖變換成p-T圖或V-T圖等。
3、微觀統(tǒng)計平均
熱學的研究對象是由大量分子組成的.其宏觀特性都是大量分子集體行為的反映。不可能同時也無必要像力學中那樣根據(jù)每個物體(每個分子)的受力情況,寫出運動方程。熱學中的狀態(tài)參量和各種現(xiàn)象具有統(tǒng)計平均的意義。因此,當大量分子處于無序運動狀態(tài)或作無序排列時,所表現(xiàn)出來的宏觀特性??如氣體分子對器壁的壓強、非晶體的物理屬性等都顯示出均勻性。當大量分子作有序排列時,必顯示出不均勻性,如晶體的各自異性等。研究熱學現(xiàn)象時,必須充分領會這種統(tǒng)計平均觀點。
三、基本解題思路
熱學部分的習題主要集中在熱功轉換和氣體性質兩部分,基本解題思路可概括為四句話:
1、認識變化過程.除題設條件已指明外,常需通過究對象跟周圍環(huán)境的相互關系中確定。
2.選取研究對象.它可以是由兩個或幾個物體組成的系統(tǒng)或全部氣體和某一部分氣體。(狀態(tài)變化時質量必須一定。)
3.列出相關方程.
4.確定狀態(tài)參量.對功熱轉換問題,即找出相互作用前后的狀態(tài)量,對氣體即找出狀態(tài)變化前后的p、V、T數(shù)值或表達式。
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