《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(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，如果電路不閉合只會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 這種利用磁場(chǎng)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(dòng)勢(shì)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(gè)量的變化，或三個(gè)量的同時(shí)變化引起。 2、閉合回路中的一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中作切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，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(dòng)勢(shì)、感應(yīng)電流的條件：導(dǎo)體在磁場(chǎng)里做切割磁感線運(yùn)動(dòng)時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)；穿過線圈的磁量發(fā)生變化時(shí)，線圈里就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。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(dòng)勢(shì)的大小由法拉第電磁感應(yīng)定律確定。 ——當(dāng)長(zhǎng)L的導(dǎo)線，以速度，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，垂直切割磁感線，其兩端間感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)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(dòng)勢(shì)為，則MN受向左的安培力，要保持MN以勻速向右運(yùn)動(dòng)，所施外力，當(dāng)行進(jìn)位移為S時(shí)，外力功。為所用時(shí)間。 而在時(shí)間內(nèi)，電流做功，據(jù)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，，則。 ∴，M點(diǎn)電勢(shì)高，N點(diǎn)電勢(shì)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(dòng)勢(shì)的大小跟穿過這個(gè)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(dòng)勢(shì)。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(shí), 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(zhǎng)度(即l為導(dǎo)體實(shí)際長(zhǎng)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(jì)算, 對(duì)的計(jì)算, 一般遇到有兩種情況: 1)回路與磁場(chǎng)垂直的面積S不變, 磁感應(yīng)強(qiáng)度發(fā)生變化, 由, 此時(shí), 此式中的叫磁感應(yīng)強(qiáng)度的變化率, 若是恒定的, 即磁場(chǎng)變化是均勻的, 那么產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)是恒定電動(dòng)勢(shì)。2)磁感應(yīng)強(qiáng)度B 不變, 回路與磁場(chǎng)垂直的面積發(fā)生變化, 則, 線圈繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生交變電動(dòng)勢(shì)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(duì)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(dòng)勢(shì)？如圖1所示, 一長(zhǎng)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(dòng), 轉(zhuǎn)動(dòng)的區(qū)域的有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng), 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B, 求AC產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì), 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(zhǎng)為L(zhǎng)的導(dǎo)線，以其一端為軸，在垂直勻強(qiáng)磁場(chǎng)B的平面內(nèi)，以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其兩端感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為。 如圖所示，AO導(dǎo)線長(zhǎng)L，以O(shè)端為軸，以角速度勻速轉(zhuǎn)動(dòng)一周，所用時(shí)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(dòng)勢(shì)且用右手定則制定A端電勢(shì)高，O端電勢(shì)低。 ——面積為S的紙圈，共匝，在勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，以角速度勻速轉(zhuǎn)坳，其轉(zhuǎn)軸與磁場(chǎng)方向垂直，則當(dāng)線圈平面與磁場(chǎng)方向平行時(shí)，線圈兩端有最大有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。 如圖所示，設(shè)線框長(zhǎng)為L(zhǎng)，寬為d，以轉(zhuǎn)到圖示位置時(shí)，邊垂直磁場(chǎng)方向向紙外運(yùn)動(dòng)，切割磁感線，速度為（圓運(yùn)動(dòng)半徑為寬邊d的一半）產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) ，端電勢(shì)高于端電勢(shì)。 邊垂直磁場(chǎng)方向切割磁感線向紙里運(yùn)動(dòng)，同理產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)熱勢(shì)。端電勢(shì)高于端電勢(shì)。 邊，邊不切割，不產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，．兩端等電勢(shì)，則輸出端M．N電動(dòng)勢(shì)為。 如果線圈匝，則，M端電勢(shì)高，N端電勢(shì)低。 參照俯示圖，這位置由于線圈長(zhǎng)邊是垂直切割磁感線，所以有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)最大值，如從圖示位置轉(zhuǎn)過一個(gè)角度，則圓運(yùn)動(dòng)線速度，在垂直磁場(chǎng)方向的分量應(yīng)為，則此時(shí)線圈的產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值即作最大值.即作最大值方向的投影，（是線圈平面與磁場(chǎng)方向的夾角）。 當(dāng)線圈平面垂直磁場(chǎng)方向時(shí)，線速度方向與磁場(chǎng)方向平行，不切割磁感線，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)為零。 總結(jié)：計(jì)算感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)公式： （是線圈平面與磁場(chǎng)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(shí), 由于感應(yīng)電場(chǎng)的作用使電荷發(fā)生定向移動(dòng)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(shí)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(shí), 線圈里聚積的感應(yīng)電量相等, 但快插與慢插時(shí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)、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(chǎng)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(chǎng)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(shí)，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(chǎng)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(dòng)勢(shì)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(gè)定律，感應(yīng)電流只能采取這樣一個(gè)方向，在這個(gè)方向下的感應(yīng)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)一定是阻礙引起這個(gè)感應(yīng)電流的那個(gè)變化的磁通量的變化。我們把“引起感應(yīng)電流的那個(gè)變化的磁通量”叫做“原磁道”。因此楞次定律可以簡(jiǎn)單表達(dá)為：感應(yīng)電流的磁場(chǎng)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(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)（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(shí)，感應(yīng)電流的磁場(chǎng)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(chǎng)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(gè)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(chǎng)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(chǎng)”阻礙“原磁通”，尤其不能把阻礙理解為感應(yīng)電流的磁場(chǎng)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(chǎng)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(gè)物理過程：原磁通變化時(shí)（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(chǎng)（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(gè)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(huì)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(duì)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)，則它會(huì)以它的運(yùn)動(dòng)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(dòng)回路發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而回路的面積又不可變，則回路得以它的運(yùn)動(dòng)來阻礙磁體與回路的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，而回路將發(fā)生與磁體同方向的運(yùn)動(dòng)； （3）使線圈面積有擴(kuò)大或縮小的趨勢(shì)； （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(dòng)。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(duì)應(yīng)的磁極，由磁極的相互作用確定導(dǎo)線環(huán)的運(yùn)動(dòng)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(dòng)。因此環(huán)將向右擺動(dòng)。顯然，用第二種方法判斷更簡(jiǎn)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(chǎng)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(chǎng)方向； （3）由感應(yīng)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(dòng)時(shí)，用右手定則可判定感應(yīng)電流的方向。 運(yùn)動(dòng)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(jiǎn)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(chǎng)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(gè)定則的應(yīng)用可簡(jiǎn)單總結(jié)為：“因電而動(dòng)”用左手，“因動(dòng)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(dòng)勢(shì)。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(dòng)勢(shì)叫做自感電動(dòng)勢(shì)。自感系數(shù)簡(jiǎn)稱自感或電感, 它是反映線圈特性的物理量。線圈越長(zhǎng), 單位長(zhǎng)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(shí)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(huì)立即消失, 而是在回路中逐斷減弱維持暫短的時(shí)間, 在這個(gè)時(shí)間內(nèi)燈A中有從右向左的電流通過, 此時(shí)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(gè)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(dòng)勢(shì)叫自感電動(dòng)勢(shì)。 由上例分析可知：自感電動(dòng)勢(shì)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(shí)，除了在原、副線圈產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)外，變化的磁通量也會(huì)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(huì)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(cè)器：飛機(jī)場(chǎng)、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(shí)間作周期性變化的電流叫交流電。 矩形線圈在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，繞垂直于勻強(qiáng)磁場(chǎng)的線圈的對(duì)稱軸作勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，如圖5—1所示，產(chǎn)生正弦（或余弦）交流電動(dòng)勢(shì)。當(dāng)外電路閉合時(shí)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(shí)，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(dòng)勢(shì)為零 。 當(dāng)線圈平面勻速轉(zhuǎn)到垂直于中性面的位置時(shí)（即線圈平面與磁力線平行時(shí)）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(dòng)勢(shì)值最大。 （伏） （N為匝數(shù)） （2）感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式： 若從中性面開始，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的瞬時(shí)值表達(dá)式：（伏）如圖5—2（B）所示。 感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安） 若從線圈平面與磁力線平行開始計(jì)時(shí)，則感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)瞬時(shí)值表達(dá)式為：（伏）如圖5—2（D）所示。 感應(yīng)電流瞬時(shí)值表達(dá)式：（安） 二、表征交流電的物理量： （1）瞬時(shí)值、最大值和有效值： 交流電在任一時(shí)刻的值叫瞬時(shí)值。 瞬時(shí)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(shí)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(dòng)勢(shì)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(cè)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(shí)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(duì)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，輸入功率減小）。 2．一個(gè)原線圈多個(gè)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)?，即，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(shí)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?，故其原線圈并聯(lián)在待測(cè)高壓電路中；電流互感器是將大電流變?yōu)樾‰娏?，故其原線圈串聯(lián)在待測(cè)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(gè)副繞組時(shí)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(gè)副繞組時(shí)P1=P2+P3+…… 思路3 電流思路。由I=P/U知，對(duì)只有一個(gè)副繞組的變壓器有I1/I2=n2/n1；當(dāng)變壓器有多個(gè)副繞組時(shí)n1I1=n2I2+n3I3+…… 思路4 （變壓器動(dòng)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(shí)，輸出電壓U2由輸入電壓決定，即U2=n2U1/n1，可簡(jiǎn)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(shí)，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(jiǎn)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(dòng)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(shí)，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(jì)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(cè)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(shí)，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(gè)熱學(xué)量轉(zhuǎn)換為電阻這個(gè)電學(xué)量，金屬熱電阻的化學(xué)穩(wěn)定性好，測(cè)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(hào)轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)的元件。 5．霍爾元件 霍爾元件是將電磁感應(yīng)這個(gè)磁學(xué)量轉(zhuǎn)化為電壓這個(gè)電學(xué)量的元件。 選修3—3考點(diǎn)匯編 一、分子動(dòng)理論 1、物質(zhì)是由大量分子組成的 （1）單分子油膜法測(cè)量分子直徑 （2）任何物質(zhì)含有的微粒數(shù)相同 （3）對(duì)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?？闯汕蛐危諝夥肿诱紦?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(dòng)（布朗運(yùn)動(dòng) 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(duì)方的現(xiàn)象，說明了物質(zhì)分子在不停地運(yùn)動(dòng)，同時(shí)還說明分子間有間隙，溫度越高擴(kuò)散越快 （2）布朗運(yùn)動(dòng)：它是懸浮在液體中的固體微粒的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，是在顯微鏡下觀察到的。 ①布朗運(yùn)動(dòng)的三個(gè)主要特點(diǎn)：永不停息地?zé)o規(guī)則運(yùn)動(dòng)；顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯；溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯。 ②產(chǎn)生布朗運(yùn)動(dòng)的原因：它是由于液體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)對(duì)固體微小顆粒各個(gè)方向撞擊的不均勻性造成的。 ③布朗運(yùn)動(dòng)間接地反映了液體分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，布朗運(yùn)動(dòng)、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(dòng)。 （3）熱運(yùn)動(dòng)：分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，簡(jiǎn)稱熱運(yùn)動(dòng)，溫度越高，運(yùn)動(dòng)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(shí)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(gè)分子間距在圖象橫坐標(biāo)距離時(shí)，分子間的引力與斥力平衡，分子間作用力為零，的數(shù)量級(jí)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(jí)大于m時(shí)，分子間的作用力變得十分微弱，可以忽略不計(jì)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(dòng)平均動(dòng)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(shì)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(duì)位置決定的勢(shì)能，這就是分子勢(shì)能。分子勢(shì)能的大小與分子間距離有關(guān)，分子勢(shì)能的大小變化可通過宏觀量體積來反映。（時(shí)分子勢(shì)能最小） 當(dāng)時(shí)，分子力為引力，當(dāng)r增大時(shí)，分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加 當(dāng)時(shí)，分子力為斥力，當(dāng)r減少時(shí)，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(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)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(dòng)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(shí)，分子的平均動(dòng)能是一定的，在這種情況下，體積減少時(shí)，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(shí)，分子的密集程度保持不變，在這種情況下，溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)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(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，只有氣體的體積同時(shí)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(gè)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(jì)，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(dòng)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(duì)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(gè)物體就是一個(gè)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(gè)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(shí)，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(dòng)，位置無序，具有流動(dòng)性 各向異性：分子的排列從某個(gè)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(duì)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(hào) + 外界對(duì)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(duì)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(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)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(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)的無序性增大的方向進(jìn)行） 熵是分子熱運(yùn)動(dòng)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(gè)數(shù)為NA=6.021023/mol。設(shè)想氣體分子均勻分布，每個(gè)氣體分子占有空間為一小立方體，則每個(gè)氣體分子所占小立方體地的邊長(zhǎng)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(dòng)與機(jī)械運(yùn)動(dòng)有何不同？布朗運(yùn)動(dòng)與分子運(yùn)動(dòng)是一回事嗎？布朗運(yùn)動(dòng)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(dòng)，這是布朗運(yùn)動(dòng)嗎？ 分子熱運(yùn)動(dòng)的參考系是物體本身，運(yùn)動(dòng)特征是無規(guī)則，分子的運(yùn)動(dòng)軌跡和到達(dá)位置不可預(yù)期；機(jī)械運(yùn)動(dòng)的參考系一般選地面，運(yùn)動(dòng)是有規(guī)則的，物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和到達(dá)位置可寫出具體的函數(shù)式。 布朗運(yùn)動(dòng)不是分子本身運(yùn)動(dòng)（既不是液體分子運(yùn)動(dòng)，也不是懸浮在液體中小微粒內(nèi)的分子運(yùn)動(dòng)），而是指懸浮在液體中小微粒的運(yùn)動(dòng)。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(dòng)位置的連線，并不是微粒的運(yùn)動(dòng)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(dòng)也是極不規(guī)則的。另外，液體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率比我們所觀察到的布朗運(yùn)動(dòng)的速率要大許多倍。 布朗運(yùn)動(dòng)是周圍液體分子對(duì)小微粒撞擊不平衡產(chǎn)生的。小微粒的布朗運(yùn)動(dòng)無規(guī)則，間接反映了液體分子運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(gè)方向的撞擊作用越接近平衡，這時(shí)就很難觀察到布朗運(yùn)動(dòng)了。 一束陽光射入暗室內(nèi)，可看到浮塵舞動(dòng)，這不是布朗運(yùn)動(dòng)。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(dòng)顆粒狀態(tài)變化。這里顆粒的運(yùn)動(dòng)是其周圍微粒的撞擊和氣流擾動(dòng)作用形成的，故不能叫布朗運(yùn)動(dòng)。 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(shí)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(gè)相鄰分子間相互作用的引力和斥力同時(shí)存在，隨分子間距離變化同時(shí)增大，同時(shí)減小，但變化快慢不同，斥力變化得更快。 （2）當(dāng)兩個(gè)分子間距離為r0時(shí)，每個(gè)分子所受的斥力與引力恰好平衡，合力為零，r0的數(shù)量級(jí)約為10-10m。當(dāng)兩個(gè)分子間距離r＜r0時(shí)，分子間作用力的合力表現(xiàn)為斥力；當(dāng)兩個(gè)分子間距離r＞r0時(shí)，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(shí)，分子間的引力和斥力都十分微弱，可以忽略不計(jì)，即合力近似為零。此時(shí)，物質(zhì)呈氣態(tài)。 車胎打氣時(shí)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(dòng)，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(shì)能？有何特性？分子勢(shì)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(shì)能為零，那么，分子力F=0時(shí)，分子勢(shì)能一定為零嗎？物體體積增大，分子勢(shì)能一定增大嗎？ 分子勢(shì)能是由分子力和相對(duì)位置所決定的能量，分子勢(shì)能具有相對(duì)性和共有性。分子勢(shì)能的變化取決分子力做功：分子力做正功，分子勢(shì)能減??；分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加。 選無窮遠(yuǎn)處分子勢(shì)能為零時(shí)，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(shì)能一直減小。因此，當(dāng)在分子間距離為r0時(shí)，合力為零，但分子勢(shì)能小于無窮遠(yuǎn)處分子勢(shì)能，不為零，為負(fù)值，這是由于選定了無窮遠(yuǎn)處分子勢(shì)能為零所導(dǎo)致的。如果選分子間距離為r0時(shí)分子勢(shì)能為零，則兩分子相距無限遠(yuǎn)時(shí)，分子勢(shì)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(shì)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(shì)能就一定增大。同樣是宏觀體積增大，有時(shí)是微觀分子勢(shì)能增大（在r＞r0范圍內(nèi)），有時(shí)是微觀分子勢(shì)能減小（在r＜r0范圍內(nèi)）。物質(zhì)在相態(tài)變化時(shí)，如晶體熔解、液體汽化中，則化學(xué)鍵突變，這時(shí)分子勢(shì)能變化急劇。例如0oC的冰變成0oC的水，體積是減小了，但勢(shì)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(dòng)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(shì)能增大。這是因?yàn)楸诨瘯r(shí)，其里面的氫鍵斷裂，分子間相互作用突變，導(dǎo)致分子的勢(shì)能增加。 6.比較一下：溫度、熱量、內(nèi)能、熱能的區(qū)別。總結(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(dòng)劇烈程度的標(biāo)志，是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的量度，是個(gè)統(tǒng)計(jì)狀態(tài)量。 熱量是熱傳遞過程中內(nèi)能轉(zhuǎn)移的量度，是個(gè)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(gè)錯(cuò)誤說法。 內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子（注意：不是一個(gè)分子）熱運(yùn)動(dòng)（包括平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)）的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，是個(gè)狀態(tài)量。微觀上物體的內(nèi)能取決分子動(dòng)能、分子勢(shì)能和分子個(gè)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(dòng)動(dòng)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(duì)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(chǎng)對(duì)食物有極分子作用做功，實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)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(duì)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(duì)物體做功，是否一定會(huì)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(dòng)（包括平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)）動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和，即是所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能不變，溫度不變，但可能分子勢(shì)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(shí)，都是溫度不變，但存在物質(zhì)相態(tài)變化，分子勢(shì)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(shí)對(duì)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(duì)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(huì)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(dòng)摩擦力功、表面張力功、電磁場(chǎng)對(duì)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(shí)，如果同時(shí)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(shí)，與理想氣體狀態(tài)方程偏差較大？ 理想氣體宏觀上同時(shí)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(gè)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(shì)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(shí)，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(shí)，氣體的密度很大，一是實(shí)際分子本身的體積相對(duì)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(shí)，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(shí)，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(zhǎng)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(dòng)？如果移動(dòng)，判斷移動(dòng)方向。到重新平衡時(shí)，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(dòng)方向，采用“假設(shè)法”。假設(shè)水銀柱先鎖定不動(dòng)，則氣體A和B均做等容變化，根據(jù)查理定律， 對(duì)A：，得： 對(duì)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(dòng)。 也可以用圖線法處理：假設(shè)水銀柱先鎖定不動(dòng)，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(shí)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(dòng)。 到重新平衡時(shí)，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(shí)（即直管水平放置），環(huán)境溫度升高，水銀柱不會(huì)移動(dòng)。 12.設(shè)泳池中水溫均勻且恒定，池底一個(gè)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(gè)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(duì)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(shí)，體積增大對(duì)外做功，勢(shì)必導(dǎo)致內(nèi)能減小溫度降低趨勢(shì)，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(gè)極限狀態(tài)。氣泡緩慢上升中的每一時(shí)刻，都有溫度降低的趨勢(shì)，只是由于水對(duì)氣泡及時(shí)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(gè)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(duì)外做功，內(nèi)能不變；（4）確定的氣體對(duì)外做功，同時(shí)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(gè)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(duì)外做功的同時(shí)，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(duì)外做功，隱含著同時(shí)從外界吸熱。 對(duì)于理想氣體，同時(shí)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(duì)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(duì)外做功，內(nèi)能的增量等于吸收的熱量減去對(duì)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??；絕熱變化下的比熱容為零（最?。?，等溫變化下的比熱容為無窮大。 15.對(duì)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(duì)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(duì)外做功最多，絕熱膨脹對(duì)外做功次之，等溫膨脹對(duì)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(dòng)，動(dòng)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(dòng)收回讓它重新運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(duì)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(shì)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(dòng)機(jī)？何謂第二類永動(dòng)機(jī)？理想熱機(jī)的效率能否為100%？ 第一類永動(dòng)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(dòng)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(gè)熱庫，既要有個(gè)被吸熱的高溫?zé)釒?，還必須有個(gè)低溫?zé)釒欤釞C(jī)工作時(shí)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(duì)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(gè)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(gè)物體是一個(gè)晶體，這樣的物體就叫單晶體。如果整個(gè)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(gè)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(duì)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(dòng)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。