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1.光的电磁说
(1)麦克斯韦计算出电磁波传播速度与光速相同,说明光具有电磁本质
(2)电磁波谱
电磁波谱无线电波红外线可见光紫外线X射线射线
产生机理在振荡电路中,自由电子作周期性运动产生
原子的外层电子受到激发产生的
原子的内层电子受到激发后产生的原子核受到激发后产生的
(3)光谱
①观察光谱的仪器,分光镜
②光谱的分类,产生和特征
2.发射光谱连续光谱产生特征
i由炽热的固体、液体和高压气体发光产生的由连续分布的,一切波长的光组成
ii明线光谱由稀薄气体发光产生的由不连续的一些亮线组成
iii吸收光谱高温物体发出的白光,通过物质后某些波长的光被吸收而产生的在连续光谱的背景上,由一些不连续的暗线组成的光谱
3、光谱分析:
一种元素,在高温下发出一些特点波长的光,在低温下,也吸收这些波长的光,所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线,用来进行光谱分析。
4、电磁波与机械波的比较:
i共同点:都能产生干涉和衍射现象;它们波动的频率都取决于波源的频率;在不同介质中传播,频率都不变.
ii不同点:机械波的传播一定需要介质,其波速与介质的性质有关,与波的频率无关.而电磁波本身就是一种物质,它可以在真空中传播,也可以在介质中传播.电磁波在真空中传播的速度均为3.0×108m/s,在介质中传播时,波速和波长不仅与介质性质有关,还与频率有关.
5、不同电磁波产生的机理
无线电波是振荡电路中自由电子作周期性的运动产生的.
红外线、可见光、紫外线是原子外层电子受激发产生的.
伦琴射线是原子内层电子受激发产生的.
γ射线是原子核受激发产生的.
频率(波长)不同的电磁波表现出作用不同.
红外线主要作用是热作用,可以利用红外线来加热物体和进行红外线遥感;
紫外线主要作用是化学作用,可用来杀菌和消毒;
伦琴射线有较强的穿透本领,利用其穿透本领与物质的密度有关,进行对人体的XX和检查部件的缺陷;
γ射线的穿透本领更大,在工业和医学等领域有广泛的应用,如探伤,测厚或用γ刀进行手术.
一、热力学第二定律建立的历史过程
19世纪初,巴本、纽可门等发明的蒸汽机经过许多人特别是瓦特的重大改进,已广泛应用于工厂、矿山、交通运输,但当时人们对蒸汽机的理论研究还是非常缺乏的。热力学第二定律就是在研究如何提高热机效率问题的推动下,逐步被发现的,并用于解决与热现象有关的过程进行方向的问题。
1824年,法国陆军工程师卡诺在他发表的论文“论火的动力”中提出了的“卡诺定理”,找到了提高热机效率的根本途径。但卡诺在当时是采用“热质说”的错误观点来研究问题的。从1840年到1847年间,在迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人的努力下,热力学第一定律以及更普遍的能量守恒定律建立起来了。“热动说”的正确观点也普遍为人们所接受。1848年,开尔文爵士(威廉·汤姆生)根据卡诺定理,建立了热力学温标(绝对温标)。它完全不依赖于任何特殊物质的物理特性,从理论上解决了各种经验温标不相一致的缺点。这些为热力学第二定律的建立准备了条件。
1850年,克劳修斯从“热动说”出发重新审查了卡诺的工作,考虑到热传导总是自发地将热量从高温物体传给低温物体这一事实,得出了热力学第二定律的初次表述。后来历经多次简练和修改,逐渐演变为现行物理教科书中公认的“克劳修斯表述”。与此同时,开尔文也独立地从卡诺的工作中得出了热力学第二定律的另一种表述,后来演变为更精炼的现行物理教科书中公认的“开尔文表述”。
上述对热力学第二定律的两种表述是等价的,由一种表述的正确性完全可以推导出另一种表述的正确性。
二、热力学第二定律的实质
1.可逆过程与不可逆过程
一个热力学系统,从某一状态出发,经过某一过程达到另一状态。若存在另一过程,能使系统与外界完全复原(即系统回到原来的状态,同时消除了原来过程对外界的一切影响),则原来的过程称为“可逆过程”。反之,如果用任何方法都不可能使系统和外界完全复原,则称之为“不可逆过程”。
可逆过程是一种理想化的抽象,严格来讲现实中并不存在(但它在理论上、计算上有着重要意义)。大量事实告诉我们:与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆过程。
2.对于开氏与克氏的两种表述的分析
克氏表述指出:热传导过程是不可逆的。开氏表述指出:功变热(确切地说,是机械能转化为内能)的过程是不可逆的。
两种表述其实质就是分别挑选了一种典型的不可逆过程,指出它所产生的效果不论用什么方法也不可能使系统完全恢复原状,而不引起其他变化。
请注意加着重号的语句:“而不引起其他变化”。比如,制冷机(如电冰箱)可以将热量Q由低温T2处(冰箱内)向高温T1处(冰箱外的外界)传递,但此时外界对制冷机做了电功W而引起了变化,并且高温物体也多吸收了热量Q(这是电能转化而来的)。这与克氏表述并不矛盾。
3.不可逆过程的几个典型例子
例1(理想气体向真空自由膨胀)如图1所示,容器被中间的隔板分为体积相等的两部分:A部分盛有理想气体,B部分为真空。现抽掉隔板,则气体就会自由膨胀而充满整个容器。
例2(两种理想气体的扩散混合)如图2所示,两种理想气体C和D被隔板隔开,具有相同的温度和压强。当中间的隔板抽去后,两种气体发生扩散而混合。
例3焦耳的热功当量实验。
这是一个不可逆过程。在实验中,重物下降带动叶片转动而对水做功,使水的内能增加。但是,我们不可能造出这样一个机器:在其循环动作中把一重物升高而同时使水冷却而不引起外界变化。由此即可得热力学第二定律的“普朗克表述”。
再如焦耳-汤姆生(开尔文)多孔塞实验中的节流过程和各种爆炸过程等都是不可逆过程。
4.热力学第二定律的实质
对上面所列举的不可逆过程以及自然界中其他不可逆过程,我们完全能够由某一过程的不可逆性证明出另一过程的不可逆性,即自然界中的各种不可逆过程都是互相关联的。我们可以选取任一个不可逆过程作为表述热力学第二定律的基础。因此,热力学第二定律就可以有多种不同的表达方式。
但不论具体的表达方式如何,热力学第二定律的实质在于指出:一切与热现象有关的实际宏观过程都是不可逆的,并指出这些过程自发进行的方向。
三、热力学第二定律的统计意义
热现象是与大量分子无规则热运动相联系的。我们以上述不可逆过程(如例1中理想气体的真空自由膨胀)为例,来简单说明热力学第二定律的统计意义。
如图1所示,拉开隔板后,A部分的理想气体将进入B(原为真空)中,从而充满A、B整个空间。这个过程是不可逆的,我们从没有见过这种现象:气体自动地由整个容器收缩到A部分,而使B部分成为真空。这是为什么呢?
设容器中有1个分子,它退回到A部分的几率为1/2;设容器中有2个分子,它们全部退回到A部分的几率为1/22=1/4;设容器中有3个分子,它们全部退回A部分的几率为1/23=1/8;……设容器中有1mol某种理想气体(约6.02×1023个分子)。打一个有
趣的比喻:假若从动物园中逃出一只黑猩猩,溜进了计算机室,用爪子在键盘上乱按。而将打印出的纸张按顺序装订,恰巧是一部数百万字的巨著——大英百科全书。上述几率比这个笑话的几率还要小得不可比拟。
通过对上述简单例子的分析,事实上是有一般意义的,即热力学第二定律的统计意义是:一个不受外界影响的“孤立系统”,其内部发生的过程,总是由几率小的状态向几率大的状态进行,由包含微观状态数目少的宏观状态向包含微观状态数目多的宏观状态进行。
四、热力学第二定律的适用范围
(1)热力学第二定律是宏观规律,对少量分子组成的微观系统是不适用的。
(2)热力学第二定律适用于“绝热系统”或“孤立系统”,对于生命体(开放系统)是不适用的。早在1851年开尔文在叙述热力学第二定律时,就曾特别指明动物体并不像一架热机一样工作,热力学第二定律只适用于无生命物质。
(3)热力学第二定律是建筑在有限的空间和时间所观察到的现象上,不能被外推应用于整个宇宙。19世纪后半期,有些科学家错误地把热力学第二定律应用到无限的、开放的宇宙,提出了所谓“热寂说”。他们声称:将来总有一天,全宇宙都是要达到热平衡,一切变化都将停止,从而宇宙也将死亡。要使宇宙从平衡状态重新活动起来,只有靠外力的推动才行。这就会为“上帝创造世界”等唯心主义提供了所谓“科学依据”。
“热寂说”的荒谬,在于把无限的、开放的宇宙当做热力学中所说的“孤立系统”。热力学中的“孤立系统”与无所不包、完全没有外界存在的整个宇宙是根本不同的。事实上,科学后来的发展已经提供了许多事实,证明宇宙演变的过程不遵守热力学第二定律。正如恩格斯在《自然辩证法》中指出了“热寂说”的谬误。他根据物质运动不灭的原理,深刻地指出:“放射到太空中去的热一定有可能通过某种途径——指明这一途径,将是以后自然科学的课题——转变为另一运动形式,在这种运动形式中,它能重新集结和活动起来。”热力学第二定律和热力学第一定律一样,是实践经验的总结,它的正确性是由它的一切推论都为实践所证实而得到肯定的。
一、磁场:
1、磁场的基本性质:磁场对放入其中的磁极、电流有磁场力的作用;
2、磁铁、电流都能能产生磁场;
3、磁极和磁极之间,磁极和电流之间,电流和电流之间都通过磁场发生相互作用;
4、磁场的方向:磁场中小磁针北极的指向就是该点磁场的方向;
二、磁感线:在磁场中画一条有向的曲线,在这些曲线中每点的切线方向就是该点的磁场方向;
1、磁感线是人们为了描述磁场而人为假设的线;
2、磁铁的磁感线,在外部从北极到南极,内部从南极到北极;3、磁感线是封闭曲线;
三、安培定则:
1、通电直导线的磁感线:用右手握住通电导线,让伸直的大拇指所指方向跟电流方向一致,弯曲的四指所指的方向就是磁感线的环绕方向;
2、环形电流的磁感线:让右手弯曲的四指和环形电流方向一致,伸直的大拇指所。
恒定电流
一、电流:电荷的定向移动行成电流。
1、产生电流的条件:
(1)自由电荷;
(2)电场;
2、电流是标量,但有方向:我们规定:正电荷定向移动的方向是电流的方向;
注:在电源外部,电流从电源的正极流向负极;在电源的内部,电流从负极流向正极;
3、电流的大小:通过导体横截面的电荷量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫电流I表示;
(1)数学表达式:I=Q/t;
(2)电流的国际单位:安培A
(3)常用单位:毫安mA、微安uA;
(4)1A=103mA=106uA
二、欧姆定律:导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比;
1、定义式:I=U/R;
2、推论:R=U/I;
3、电阻的国际单位时欧姆,用Ω表示;
1kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω;
4、伏安特性曲线:
三、闭合电路:由电源、导线、用电器、电键组成;
1、电动势:电源的电动势等于电源没接入电路时两极间的电压;用E表示;
2、外电路:电源外部的电路叫外电路;外电路的电阻叫外电阻;用R表示;其两端电压叫外电压;
3、内电路:电源内部的电路叫内电阻,内点路的电阻叫内电阻;用r表示;其两端电压叫内电压;如:发电机的线圈、干电池内的溶液是内电路,其电阻是内电阻;
4、电源的电动势等于内、外电压之和;
E=U内+U外;U外=RI;E=(R+r)I
四、闭合电路的欧姆定律:闭合电路里的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比;
1、数学表达式:I=E/(R+r)
2、当外电路断开时,外电阻无穷大,电源电动势等于路端电压;就是电源电动势的定义;
3、当外电阻为零(短路)时,因内阻很小,电流很大,会烧坏电路;
五、半导体:导电能力在导体和绝缘体之间;半导体的电阻随温升越高而减小;
六、导体的电阻随温度的升高而升高,当温度降低到某一值时电阻消失,成为超导;
一、磁场
磁极和磁极之间的相互作用是通过磁场发生的。
电流在周围空间产生磁场,小磁针在该磁场中受到力的作用。磁极和电流之间的相互作用也是通过磁场发生的。
电流和电流之间的相互作用也是通过磁场产生的磁场是存在于磁体、电流和运动电荷周围空间的一种特殊形态的物质,磁极或电流在自己的周围空间产生磁场,而磁场的基本性质就是对放入其中的磁极或电流有力的作用。
二、磁现象的电本质
1.罗兰实验
正电荷随绝缘橡胶圆盘高速旋转,发现小磁针发生偏转,说明运动的电荷产生了磁场,小磁针受到磁场力的作用而发生偏转。
2.安培分子电流假说
法国学者安培提出,在原子、分子等物质微粒内部,存在一种环形电流-分子电流,分子电流使每个物质微粒都成为微小的磁体,它的两侧相当于两个磁极。安培是最早揭示磁现象的电本质的。
一根未被磁化的铁棒,各分子电流的取向是杂乱无章的,它们的磁场互相抵消,对外不显磁性;当铁棒被磁化后各分子电流的取向大致相同,两端对外显示较强的磁性,形成磁极;注意,当磁体受到高温或猛烈敲击会失去磁性。
3.磁现象的电本质
运动的电荷(电流)产生磁场,磁场对运动电荷(电流)有磁场力的作用,所有的磁现象都可以归结为运动电荷(电流)通过磁场而发生相互作用。
三、磁场的方向
规定:在磁场中任意一点小磁针北极受力的方向亦即小磁针静止时北极所指的方向就是那一点的磁场方向。
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