[Resumen de conocimientos de Física optativa 3-3 de la escuela secundaria] Física optativa 3~3 Puntos de conocimiento
Resumen de los puntos de conocimiento en física de la escuela secundaria 3-3
1. Teoría cinética molecular
1. Los objetos están compuestos por una gran cantidad de moléculas
Cantidades microscópicas: volumen molecular V 0, diámetro molecular d, masa molecular m 0
Cantidades macroscópicas: volumen del material V, volumen molar V A, masa del objeto m, masa molar M y densidad del material ρ.
Puente de conexión: Constante de Avogadro (N A = 6.02×10mol) ρ=23-1m M = V V A
(1) Masa molecular: m 0=ρV A m M V V A M ==V ==== (2) Volumen molecular: 0 N N A N A N N A ρN A
(Para gases, V 0 debe ser el espacio ocupado por las moléculas del gas)
(3) Tamaño de la molécula: (orden de magnitud 10-10m)
1 modelo de esfera. V 0=○6V V A M 4d ==π() 3 Diámetro d =0 (este modelo se usa generalmente para sólidos y líquidos) N A ρN A 32π
V S —área de una película de aceite de una sola molécula , V —gotado en agua El volumen S de ácido oleico puro se estima mediante el método de la película de aceite: d =
modelo de 2 cubos. d =○0 (Este modelo se usa generalmente para gases; para gases, d debe entenderse como la distancia promedio entre moléculas adyacentes) Nota: La masa molecular y el tamaño de las moléculas sólidas y líquidas se pueden estimar (se considera que las moléculas son estrechamente dispuestos uno por uno);
La distancia entre las moléculas de gas es muy grande y el tamaño se puede ignorar. Solo se puede estimar el espacio ocupado por las moléculas de gas y la masa molecular. estimado.
(4) Número de moléculas: N =nN A =m ρV V ρV N A =N A o N =nN A =N A =N A M M V A M
2. Las moléculas nunca dejan de hacer movimientos irregulares
(1) Fenómeno de difusión: fenómeno en el que diferentes sustancias entran entre sí. Cuanto mayor es la temperatura, más rápida es la difusión. Muestra directamente que las moléculas que componen un objeto siempre se mueven de forma irregular. Cuanto mayor es la temperatura, más violento es el movimiento de las moléculas.
(2) Movimiento browniano: movimiento irregular de partículas sólidas suspendidas en un líquido.
La causa se debe al desequilibrio de las partículas sólidas que son impactadas por el movimiento aleatorio de las moléculas líquidas que rodean las partículas. Por tanto se explica indirectamente. ． Las moléculas líquidas se mueven constantemente de forma irregular.
1 El movimiento browniano es el movimiento de partículas sólidas en lugar del movimiento irregular de moléculas en partículas sólidas. ○
②El movimiento browniano refleja el movimiento irregular de las moléculas de líquido pero no el movimiento de las moléculas de líquido.
③La trayectoria del movimiento browniano que se muestra en el libro de texto no es la trayectoria de partículas sólidas.
④Cuanto más pequeña es la partícula, más obvio es el movimiento browniano; cuanto mayor es la temperatura, más obvio es el movimiento browniano.
3. Existen fuerzas de atracción y repulsión que interactúan entre moléculas
①La atracción y repulsión intermoleculares deben existir al mismo tiempo, y ambas disminuyen a medida que aumenta la distancia entre moléculas.
p>
Aumenta con la disminución de la distancia entre las moléculas, pero la repulsión cambia rápidamente. La fuerza molecular real es la fuerza resultante de la atracción molecular y la repulsión molecular
②Para el rendimiento. y cambios de fuerzas moleculares, preste atención a dos distancias en la curva, a saber, la distancia de equilibrio r 0 (aproximadamente 10-10 m) y 10r 0.
(i) Cuando la distancia entre moléculas es r 0, la atracción es igual a la repulsión y la fuerza molecular es cero.
(ii) Cuando la distancia molecular r > r 0, la atracción es mayor que la repulsión y la fuerza molecular se comporta como gravedad. Cuando la distancia entre moléculas aumenta desde r 0
, la fuerza molecular primero aumenta
y luego disminuye
(iii) Cuando la distancia entre moléculas r < r 0 Cuando , la fuerza repulsiva es mayor que la fuerza de atracción y la fuerza molecular se comporta como fuerza repulsiva. Cuando la distancia entre moléculas disminuye desde r 0, la fuerza molecular continúa aumentando
2. Temperatura y energía interna
1. Reglas estadísticas: el movimiento de las moléculas individuales es irregular, Accidental ; el comportamiento colectivo de un gran número de moléculas se rige por leyes estadísticas. La velocidad de la mayoría de las moléculas ronda un cierto valor, satisfaciendo la ley de distribución de "más en el medio y menos en los dos extremos".
2. Energía cinética molecular media: la energía cinética media de todas las moléculas de un objeto.
①La temperatura es un símbolo de la energía cinética promedio de las moléculas.
②Cuando la temperatura es la misma, la energía cinética promedio de las moléculas de cualquier objeto es la misma, pero la velocidad promedio es generalmente diferente (la masa molecular es diferente).
3. Energía potencial molecular (1) Generalmente se estipula que la energía potencial molecular en el infinito es cero,
(2) La energía potencial molecular disminuye cuando la fuerza molecular hace positiva trabajo, y la energía potencial molecular disminuye cuando la fuerza molecular hace trabajo negativo. (3) La relación entre la energía potencial molecular y la distancia intermolecular r 0 (análoga a la energía potencial elástica) ① Cuando r > r 0, r aumenta, la fuerza molecular es la gravedad, y la fuerza molecular hace un trabajo negativo y la energía potencial molecular aumenta .
② Cuando r > r 0, r disminuye, la fuerza molecular es una fuerza repulsiva, y la fuerza molecular realiza un trabajo negativo y la energía potencial de la molécula aumenta.
③Cuando r =r 0 (distancia de equilibrio), la energía potencial molecular es mínima (valor negativo)
(4) Factores que determinan la energía potencial molecular:
Desde una perspectiva macro: la energía potencial molecular está relacionada con el volumen del objeto. (Tenga en cuenta que a medida que aumenta el volumen, la energía potencial molecular no necesariamente aumenta)
Desde una perspectiva microscópica: la energía potencial molecular está relacionada con la distancia intermolecular r.
4. Energía interna: La suma de la energía cinética y la energía potencial molecular de todas las moléculas del objeto que se mueven irregularmente = N E K + E P
(1) Energía interna. es la cantidad de estado (2) La energía interna es una cantidad macroscópica, que tiene significado sólo para objetos compuestos por una gran cantidad de moléculas y no tiene significado para moléculas individuales.
(3) La energía interna de un objeto está determinada por la cantidad de materia (número de moléculas), la temperatura (energía cinética promedio de las moléculas) y el volumen (energía potencial entre moléculas), y no tiene nada que ver con el estado de movimiento mecánico macroscópico del objeto. No existe una conexión necesaria entre la energía interna y la energía mecánica.
3. Leyes de la Termodinámica y Ley de Conservación de la Energía
1. Hay dos formas de cambiar la energía interna de un objeto: trabajo y transferencia de calor.
① La equivalencia no es igual: el trabajo es la conversión de energía interna en otras formas de energía. La transferencia de calor es la transferencia de energía interna entre diferentes objetos (o diferentes partes de un mismo objeto), cambian la forma; energía interna El efecto es el mismo.
②Diferencia conceptual: la temperatura y la energía interna son cantidades de estado, mientras que el calor y el trabajo son cantidades de proceso. El requisito previo para la transferencia de calor es la existencia de una diferencia de temperatura. Lo que se transfiere es calor en lugar de temperatura, que es. Transferencia de energía esencialmente interna.
2. La Primera Ley de la Termodinámica
(1) Contenido: En circunstancias normales, si el proceso de trabajo y transferencia de calor ocurre entre un objeto y el mundo exterior al mismo tiempo , el trabajo W realizado por el mundo exterior sobre el objeto es igual a La suma del calor Q absorbido por el objeto del mundo exterior es igual al aumento de la energía interna del objeto ΔU (2) La expresión matemática es: ΔU = W + Q
(3) Regla de signos:
(4) Proceso adiabático Q = 0, palabra clave "material aislante" o "cambio rápido"
(5) Para un gas ideal (sin considerar la fuerza de interacción intermolecular, la energía interna solo está determinada por la temperatura y las moléculas. Determinado por el número total, no tiene nada que ver con el volumen del gas). ①ΔU depende de la temperatura cambia, la temperatura aumenta ΔU>0, la temperatura disminuye ΔU
②W depende del cambio de volumen, cuando v aumenta, el gas realiza trabajo externo,
③Caso especial: Si el gas se difunde en el vacío, W = 0
3. Ley de conservación de la energía:
(1) La energía no se genera de la nada, no desaparecerá de la nada Sólo puede transformarse de una forma a otra, o transferirse de un objeto a otro. Durante el proceso de transformación o transferencia, su importe total permanece inalterado. Esta es la ley de conservación de la energía.
(2) El primer tipo de máquina de movimiento perpetuo: una máquina que no consume energía pero que puede realizar trabajo continuamente para el mundo exterior. (Viola la ley de conservación de la energía)
4. La segunda ley de la termodinámica
(1) Direccionalidad de la conducción de calor: el proceso de conducción de calor puede proceder espontáneamente a partir de altas temperaturas. objetos a objetos de baja temperatura, pero en la dirección opuesta. Sin embargo, la dirección no puede proceder de forma espontánea, es decir, la conducción de calor es direccional y es un proceso irreversible.
(2) Explicación: ① El proceso "espontáneo" es un proceso natural que ocurre sin interferencia externa.
② El calor puede transferirse espontáneamente de objetos de alta temperatura a objetos de baja temperatura, pero el calor no puede transferirse espontáneamente de objetos de baja temperatura a objetos de alta temperatura.
③ El calor se puede transferir de un objeto de baja temperatura a un objeto de alta temperatura, y debe haber "influencia o ayuda externa", es decir, el mundo exterior debe trabajar sobre él.
(3) Dos expresiones de la segunda ley de la termodinámica
① Expresión de Clausius: Es imposible transferir calor de un objeto de baja temperatura a un objeto de alta temperatura sin causar otros cambios.
②Afirmación de Kelvin: Es imposible absorber calor de una sola fuente de calor y convertirlo completamente en trabajo útil sin provocar otros cambios.
(4) Motor térmico
①Un motor térmico es un dispositivo que convierte la energía interna en energía mecánica. El principio es que el motor térmico absorbe calor Q 1 de la fuente de calor de alta temperatura, empuja el pistón para realizar el trabajo W y luego libera calor Q 2 a la fuente de calor de baja temperatura (condensador). (Condiciones de trabajo: se requieren dos fuentes de calor)
②Según la ley de conservación de la energía: Q 1=W+Q2
③Dividimos el trabajo realizado por el motor térmico y el calor que absorbe de la fuente de calor La relación de calor se llama eficiencia del motor térmico, representada por η, es decir, η = W / Q1
④La eficiencia del motor térmico no puede alcanzar el 100%
(5) El segundo tipo de máquina de movimiento perpetuo ① Supuesto: Un motor térmico que solo absorbe calor de una única fuente de calor y lo convierte completamente en trabajo útil sin causar otros cambios. ② El segundo tipo de máquina de movimiento perpetuo no se puede fabricar sin violar la primera ley de la termodinámica o la ley de conservación de la energía, y viola la segunda ley de la termodinámica. Motivo: aunque toda la energía mecánica se puede convertir en energía interna, toda la energía interna no se puede convertir en energía mecánica sin provocar otros cambios, el proceso de conversión de energía mecánica y energía interna es direccional.
(6) Generalización: Los procesos macroscópicos relacionados con los fenómenos térmicos son irreversibles. Por ejemplo; difusión, expansión de gas al vacío, disipación de energía.
(7) La entropía y el principio del aumento de entropía
①El significado microscópico de la segunda ley de la termodinámica: todos los procesos naturales siempre proceden en la dirección de un desorden creciente del movimiento térmico molecular.
②Entropía: Cantidad física que mide el grado de desorden de un sistema. Cuanto más caótico es el sistema, mayor es el grado de desorden y mayor es el valor de entropía.
③Principio de aumento de entropía: En un sistema aislado, todos los procesos irreversibles deben proceder en la dirección del aumento de entropía. La segunda ley de la termodinámica también se llama principio de entropía creciente.
(8) Degradación de la energía: Mientras la entropía aumenta, todos los procesos irreversibles siempre hacen que la energía pierda gradualmente su capacidad de realizar trabajo, cambiando de un estado disponible a un estado no disponible, y la calidad de la energía se degrada. (Otra explicación: durante el proceso de conversión de energía, siempre se genera energía interna y el grado de desorden molecular aumenta.
Al mismo tiempo, la energía interna se disipa en el entorno circundante y no puede ser regenerado
Recoger y utilizar) 4. Sólidos y líquidos 1. Cristales y amorfos ① La disposición de las partículas dentro del cristal
es regular y tiene periodicidad espacial, por lo que el número de partículas dentro de distancias iguales en diferentes direcciones La diferencia da como resultado diferentes propiedades físicas (anisotropía). Dado que los policristales están compuestos de muchos cristales pequeños (cristales individuales) dispuestos de manera desordenada, no muestran anisotropía y tienen formas irregulares.
② Una vez que el cristal alcanza el punto de fusión, se transforma de sólido a líquido y la distancia entre las moléculas debe aumentar. En este momento, el cristal necesita absorber calor del mundo exterior para destruir la estructura reticular del cristal. Por lo tanto, la absorción de calor es sólo para superar la atracción entre las moléculas y realizar trabajo, lo que sólo aumenta la energía potencial de las moléculas. La energía cinética promedio de las moléculas permanece sin cambios y la temperatura permanece sin cambios.
2. Cristal líquido: un estado especial de la materia entre sólido y líquido
Propiedades físicas ① Tiene la anisotropía óptica de un cristal: su disposición molecular cuando se ve en una dirección determinada relativamente limpio
② Tiene la fluidez de un líquido; visto desde la otra dirección, la disposición de las moléculas es caótica.
3. Tensión superficial y fenómenos capilares de los líquidos
(1) Tensión superficial: las moléculas en la capa superficial (capa delgada de líquido en contacto con gas) son relativamente escasas, r > r 0 , la fuerza molecular se expresa como gravedad. Bajo la acción de esta fuerza, la superficie del líquido tiende a contraerse al mínimo. Esta fuerza es la tensión superficial. La dirección de la tensión superficial es tangente a la superficie del líquido y perpendicular a la línea divisoria de esta parte de la superficie del líquido.
(2) Fenómenos humectantes y no humectantes:
(3) Fenómeno capilar: Para un determinado líquido y una pared de tubería de cierto material, cuanto menor sea el diámetro interior de la tubería, más evidente será el fenómeno de capilaridad.
①Cuanto más delgado sea el diámetro interior del tubo, mayor será el líquido ②Azada el suelo para aflojarlo, destruir los tubos capilares y preservar el agua en el agua subterránea compactar el suelo, los tubos capilares se vuelven más delgados, y extrae el agua
5. Leyes experimentales del gas ideal
(1) Explorar la relación entre la presión p, el volumen V y la temperatura T de un gas ideal de un determinada masa, se utiliza el método de variable controlada
(2) Tres cambios: ① Cambio isotérmico, ley de Boyle: PV = C ② Cambio isovolumétrico, ley de Charles: P / T = C
③ Cambio isobárico, ley de Guy-Lussac: V/ T = C
O Cambio isotérmico T 1＜T 2 O Cambio isovolumétrico V 1＜V 2 O Cambio isobárico p 1＜p 2 Consejos:
①La gráfica del cambio isotérmico es una rama de la hipérbola, las gráficas de cambios de volumen (presión) constante son todas líneas rectas que pasan por el origen (la razón por la que hay una línea de puntos cerca del origen significa que la temperatura es demasiado baja y la ley ya no se cumple)
②Figura Las líneas dobles en el medio representan los gráficos del mismo gas en diferentes estados, y las líneas de puntos representan dos métodos para juzgar la relación de estado
③Para cambios de volumen (presión) constantes, si la cantidad física en el eje horizontal es la temperatura Celsius t, entonces las coordenadas de intersección son -273,15
(3) Ecuación del gas ideal de estado
pv p 1V 1p 2V 2=constante) pV
=nRT (n es el número de moles) = Para un gas ideal de cierta masa, existe
(o T T 1T 2
(4) Explicación microscópica de la presión del gas: Es causada por la colisión frecuente de una gran cantidad de moléculas de gas contra la pared del recipiente. La presión está relacionada a Los factores determinantes son: ① La energía cinética promedio de las moléculas de gas está determinada por la temperatura del gas desde una perspectiva macro. ② El número de moléculas (densidad molecular) por unidad de volumen está determinado desde una perspectiva macro. del gas
6. Vapor saturado y presión de vapor saturado
1. Vapor saturado y presión de vapor saturado:
Retorno al líquido por unidad de tiempo El número de Las moléculas que entran son iguales al número de moléculas que salen volando de la superficie del líquido. En este momento, la densidad del vapor ya no aumenta, el líquido ya no disminuye y se alcanza un estado de equilibrio entre el líquido y el vapor. Se llama equilibrio dinámico. El vapor en el que el líquido está en equilibrio dinámico se llama vapor saturado, y el vapor que no ha alcanzado la saturación se llama vapor insaturado. A una determinada temperatura, la presión del vapor saturado es constante, lo que se llama saturado. presión de vapor.
Factores que afectan la presión de vapor saturado: ① Está relacionado con la temperatura A medida que aumenta la temperatura, aumenta la presión de vapor saturado
② La presión de vapor saturado no tiene nada que ver con la. volumen de vapor saturado
3) Humedad del aire (1) Humedad absoluta del aire: La humedad expresada por la presión del vapor de agua contenido en el aire se llama humedad absoluta del aire.
(2) Humedad relativa del aire: Humedad relativa = presión de vapor real del vapor de agua y presión de vapor saturado de agua a la misma temperatura
La humedad relativa puede describir mejor la humedad del aire. el aire y afectan la evaporación Aceleran y afectan la sensación de sequedad y humedad de las personas.
(3) Higrómetro de burbuja seca y húmeda: Cuanto mayor sea la diferencia entre los dos termómetros, menor será la humedad relativa del aire.