heat復(fù)習(xí)省名師優(yōu)質(zhì)課賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件市賽課百校聯(lián)賽優(yōu)質(zhì)課一等獎(jiǎng)?wù)n件

第一章溫度(Temperature)1/64一、基本概念熱平衡態(tài)

熱動(dòng)平衡互為熱平衡物體共同物理性質(zhì)——溫度經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)測溫屬性測溫物質(zhì)定標(biāo)++狀態(tài)參量廣延量、強(qiáng)度量宏觀量、微觀量物態(tài)方程理想氣體物態(tài)方程混合理想氣體物態(tài)方程T=t+273.15Dolton分壓定律2/64例1-1

容積為1.0×10-2m3瓶內(nèi)盛有溫度為300K氧氣,問：在溫度不變情況下,當(dāng)瓶內(nèi)壓強(qiáng)2.5×105Pa降到1.3×105Pa時(shí)，氧氣共用去多少?例1-3兩個(gè)容積各為1.00L和0.100L氣體容器以細(xì)長管子相連,其中儲(chǔ)有空氣.整個(gè)容器置于冰水槽中,這時(shí)空氣壓強(qiáng)為1.32atm.如今小容器伸出冰水糟而浸人沸水中,那么，當(dāng)小容器溫度升到100℃時(shí)有多少空氣流出?答案用0℃和1atm時(shí)體積表示.例1-2

打氣筒打氣,每次打4.0×10-2m3,要使車胎在318K時(shí)與地面接觸面積為2.0×10-4m2,須打幾次氣?已知車負(fù)荷50.0Kg,內(nèi)胎容積1.6×10-3m3,空氣溫度270K,大氣壓為1.01×105Pa,內(nèi)胎內(nèi)原來無氣.3/64例1-4容積為25.0L容器有1.00mol氮?dú)?另一只容積為20.0L容器內(nèi)盛有2.00mol氧氣,二者用帶閥門管道相連,而且置于冰水槽中,現(xiàn)打開閥門令二者混合,求平衡后混合氣壓強(qiáng)是多少?又此混合氣平均摩爾質(zhì)量是多少?4/64第二章熱力學(xué)第一定律5/64內(nèi)能是狀態(tài)函數(shù)A＞０，系統(tǒng)對(duì)外界作功一熱力學(xué)第一定律Ｑ＞０，系統(tǒng)從外界吸熱準(zhǔn)靜態(tài)過程功A理想氣體內(nèi)能只與溫度相關(guān)理想氣體定體摩爾熱容與定壓摩爾熱容6/64熱一律三種表示形式是否等價(jià)，分析其適用范圍：1237/64一系統(tǒng)由a狀態(tài)沿acb抵達(dá)b狀態(tài)，有335焦耳熱量傳入系統(tǒng)而系統(tǒng)作功126焦耳，（1）若沿adb時(shí)，系統(tǒng)作功42焦耳，問有多少熱量傳入系統(tǒng)？（2）當(dāng)系統(tǒng)由b狀態(tài)沿線ba返回a狀態(tài)時(shí)，外界對(duì)系統(tǒng)作功84焦耳，試問系統(tǒng)是吸熱還是放熱？熱量傳遞多少？（3）若Ed-Ea=40焦耳，試求沿ad和db各吸收熱量多少？P圖3-1abcdO8/64二熱力學(xué)第一定律對(duì)理想氣體幾個(gè)經(jīng)典過程應(yīng)用1等體過程2等壓過程3等溫過程4絕熱過程9/64三、理想氣體多方過程多方指數(shù)2．多方過程功3．多方指數(shù)與熱容關(guān)系10/64準(zhǔn)靜態(tài)過程等溫等容等壓絕熱多方過程方程功熱量內(nèi)能增量某理想氣體按pv2=c規(guī)律膨脹，問該過程中氣體溫度改變?11/64例2-3把1kg氮?dú)獾葴貕嚎s到原體積二分之一，問此過程中放出多少熱量?設(shè)盛氮容器浸沒于冰水池中，使溫度保持0℃。例2-4初態(tài)溫度和壓強(qiáng)分別為290K和1.013×105Pa理想氣體經(jīng)一準(zhǔn)靜態(tài)絕熱過程被壓縮到原體積二分之一．(I)設(shè)計(jì)算終態(tài)壓強(qiáng)和溫度．已知該氣體Cp＝2100J/Kg·K和CV＝1500J/Kg·K．(2)若經(jīng)過一等溫過程壓縮到原體積二分之一，那么壓強(qiáng)、溫度又是多少？例2-7一定量氧氣在室溫下體積為2.3×10-3m3，壓強(qiáng)為1.0×105Pa，經(jīng)一多方過程后，體積變?yōu)?.1×10-3m3，壓強(qiáng)為5.0×104Pa。試求(1)多方指數(shù)n；(2)氣體膨脹時(shí)對(duì)外界所作功；(3)氧氣吸收熱量；已知氧氣定客摩爾熱容CV,m＝2.5R,γ=1.4。12/64四循環(huán)過程正循環(huán)過程A>0逆循環(huán)過程A<0效率致冷系數(shù)13/64例2-8能夠使理想氣體作如圖所表示由兩個(gè)等容過程和兩個(gè)等壓過程所組成循環(huán)過程．試證這一循環(huán)效率為例2-9在如圖所表示循環(huán)(稱為焦耳循環(huán))中，設(shè)T1＝300K，T2=400K。問燃燒50Kg汽油可得到多少功？已知汽油燃燒值。14/64理想氣體卡諾循環(huán)(會(huì)推導(dǎo)）pV絕熱線等溫線T1T21234V1V2V3V4卡諾正循環(huán)1-2-3-4-1卡諾逆循環(huán)1-4-3-2-115/64第三章熱力學(xué)第二定律16/642Clausius表述：不可能把熱量從低溫物體傳到高溫物體而不引發(fā)其它改變1Kelvin表述：不可能從單一熱源吸熱使之完全變成有用功而不引發(fā)其它改變一熱力學(xué)第二定律兩種表述兩種表述等效性證實(shí)一：假如克氏說法不成立，則開氏說法也不成立。證實(shí)二：假如開氏說法不成立，則克氏說法也不成立。Q2T1T2Q1Q2AQ1+Q2Q2T1T2A=Q1Q117/64用熱二律證實(shí)等溫線與絕熱線只有一個(gè)交點(diǎn)。用熱二律證實(shí)兩條絕熱線不能相交。18/64二可逆過程和不可逆過程假如一個(gè)過程發(fā)生后用任何方法都不可能將它產(chǎn)生后果完全消除而使一切恢復(fù)原狀，這過程稱為不可逆過程。反之，假如一個(gè)過程發(fā)生后，它所產(chǎn)生后果能夠完全消除而令一切恢復(fù)原狀，這過程稱為可逆過程。無摩擦準(zhǔn)靜態(tài)過程是可逆過程19/64三卡諾定理1全部工作于相同高溫?zé)嵩春拖嗤蜏責(zé)嵩粗g熱機(jī)（致冷機(jī)）以可逆機(jī)效率為最大。2全部工作于相同高溫?zé)嵩春拖嗤蜏責(zé)嵩粗g可逆熱機(jī)（致冷機(jī)），其效率（致冷系數(shù)）相等,與工作物質(zhì)無關(guān).3任意一個(gè)循環(huán)過程最大效率，不能大于工作于它所經(jīng)歷最高熱源和最低熱源之間卡諾循環(huán)效率（致冷系數(shù)）怎樣提升熱機(jī)（致冷機(jī)）效率（致冷系數(shù)）？求最大輸出功或最小輸入功與之間有何區(qū)分與聯(lián)絡(luò)？20/64例1：從鍋爐進(jìn)入蒸汽機(jī)蒸汽溫度為210℃，冷卻器溫度為40℃，問消耗10KJ熱量產(chǎn)生蒸汽能夠得到最大功是多少？例2：冷藏室溫度為-10℃，致冷機(jī)從冷藏室中吸收熱量傳給溫度為11℃水，問致冷機(jī)每消耗1KJ功從冷藏室吸收最大熱量是多少？或致冷機(jī)每消耗1KJ功傳給水最大熱量是多少？高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2熱機(jī)Q1Q2A高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2致冷機(jī)Q1Q2A21/64四熵1熵函數(shù)定義態(tài)函數(shù)——兩個(gè)平衡態(tài)之間熵增是確定。假如系統(tǒng)由平衡態(tài)A經(jīng)過一個(gè)不可逆過程抵達(dá)平衡態(tài)B，兩態(tài)熵差仍由A到B一個(gè)可逆過程積分定出例3-2試求lkg水在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行下述過程時(shí)熵變：

(1)100℃水汽化為100℃水蒸汽；(2)0℃水變?yōu)?00℃水蒸汽．例3-1求理想氣體熵S(T,p),S(T,V),可逆絕熱過程是等熵過程22/64五熵增加原理系統(tǒng)經(jīng)絕熱過程由初態(tài)變到終態(tài)，它熵永不降低；熵在可逆絕熱過程中不變，在不可逆絕熱過程后增加。一個(gè)孤立系熵永不降低。例3-4理想氣體向真空自由膨脹熵變例3-5絕熱容器被一個(gè)導(dǎo)熱板從正中分為兩部分，現(xiàn)分別裝入質(zhì)量都為m、溫度各為T1、T2（T1＞T2)水，于是在這絕熱系統(tǒng)內(nèi)部兩部分之間將發(fā)生熱傳導(dǎo)過程。求到達(dá)熱平衡后熵變23/64熵增加原理與熱力學(xué)第二定律Kelvin表述和Clausius表述關(guān)系高溫?zé)嵩碩1低溫?zé)嵩碩2熱機(jī)Q1Q2A可逆熱機(jī)不可逆熱機(jī)習(xí)題3-1624/64第四章氣體分子運(yùn)動(dòng)論25/64一分子間相互作用勢能曲線用勢能曲線說明分子動(dòng)能隨分子間距改變理想氣體分子模型——大量無規(guī)則運(yùn)動(dòng)相互無作用力彈性質(zhì)點(diǎn)集合。rEpr=0,Ep=∞R>0,Ep=0理想氣體分子勢能曲線26/64二、理想氣體壓強(qiáng)公式推導(dǎo)1對(duì)氣體分子所做統(tǒng)計(jì)假定：2．壓強(qiáng)公式推導(dǎo)(1)在平衡態(tài)下，沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)分子數(shù)是相等；(2)在平衡態(tài)下，氣體分子三個(gè)速度分量各種平均值都相等；(3)分于在與器壁碰撞之前，其動(dòng)量不變。一個(gè)分子以速度分量vix作用在面積元dA上沖量2mvixXViVidtVixdtdt時(shí)間以速度分量vix作用在面積元dA上總沖量nivixdAdt2mvixdt時(shí)間以一切速度分量作用在面積元dA上總沖量nivixdAdt2mvix∑Vix>0壓強(qiáng)=總沖量作用時(shí)間X作用面積=∑

nimvix227/64[例4-2]有二分之一徑為R球形容器內(nèi)盛一定量理想氣體。分子數(shù)密度為n，每個(gè)分子質(zhì)量為m，(1)若某分子速率為vi，與器壁法線成θ角射向器壁并發(fā)生完全彈性碰撞，問每次撞擊給予器壁沖量是多少?(2)該分于每秒鐘撞擊器壁多少次?(3)采取這種方法導(dǎo)出理想氣體壓強(qiáng)公式。3．壓強(qiáng)及溫度微觀物理意義例題4-3容器內(nèi)盛有一定質(zhì)量氧氣，壓強(qiáng)為1atm,溫度為300K，求:分子數(shù)密度，密度，分子間平均距離，分子平均平動(dòng)能28/64三速率分布函數(shù)和速率分布曲線氣體分子速率分布函數(shù)vv+dvv1v2v所在單位速率區(qū)間分子數(shù)比率最概然速率vp歸一化條件=1Maxwell速率分布律（不需要記公式）29/64f(v)~mf(v)~T三種統(tǒng)計(jì)速率:

最可幾速率平均速率

方均根速率30/64分子按速度矢量分布31/64速度分布與速率分布關(guān)系32/64例題1試?yán)梅肿影此俣确至糠植脊綄?dǎo)出理想氣體壓強(qiáng)公式2dt時(shí)間以速度分量vix作用在面積元dA上總沖量3dt時(shí)間以一切速度分量作用在面積元dA上總沖量2mvix1一個(gè)分子從特定方向以速度分量vix作用在面積元dA上沖量nvixvixdAdt2mvixnvixvixdAdt2mvix∑Vix>0例題2試?yán)梅肿影此俣确至糠植脊綄?dǎo)出單位時(shí)間撞擊器壁單位面積氣體分子數(shù).dt時(shí)間以速度分量vix與面積元dA撞擊氣體分子數(shù)nivixdAdtnvix=nf(vx)dvx33/64n01234567f(n)f(n)關(guān)于函數(shù)積分公式若n為偶數(shù),n為奇數(shù),34/64在勢能Ep處單位體積中含有各種速度分子數(shù)為重力場中微粒按高度分布規(guī)律四Boltzmann分布律重力場中微粒按高度分布等溫氣壓公式由大氣壓強(qiáng)計(jì)算高度:35/64已知求c及平均速率，方均根速率表示什么？f(v)物理意義是什么？n表示分子數(shù)密度，則nf(v)表示什么？

已知求、36/64五能量按自由度均分定理溫度為T平衡態(tài)下，氣體分子每個(gè)自由度上平均動(dòng)能等于kT/2。假如一個(gè)氣體分子自由度數(shù)為i，其平均總動(dòng)能為：單原子分子：平均總動(dòng)能=平均平動(dòng)動(dòng)能剛性雙原子分子：平均總動(dòng)能=平均平動(dòng)動(dòng)能+平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能i=3剛性多原子分子：平均總動(dòng)能=平均平動(dòng)動(dòng)能+平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能i=5i=637/641、理想氣體內(nèi)能單原子分子理想氣體內(nèi)能：雙原子分子理想氣體內(nèi)能：多原子分子理想氣體內(nèi)能：2、理想氣體摩爾熱容38/64質(zhì)量相同氫氣和氦氣，溫度相同，則氫氣和氦氣內(nèi)能之比為

；氫分子與氦分子平均動(dòng)能之比為

；氫分子與氦分子平均平動(dòng)動(dòng)能之比為

。一絕熱密封容器體積為10-2m3，以100m/s速度勻速直線運(yùn)動(dòng)，容器中有100g氫氣，當(dāng)容器突然停頓時(shí)，氫氣溫度、壓強(qiáng)各增加多少？試指出以下各量物理意義（1）kT/2；（2）3kT/2;(3)ikT/2當(dāng)1mol水蒸汽水解為同溫度氫氣和氧氣時(shí)，內(nèi)能增加了百分之幾？39/64第五章氣體輸運(yùn)過程40/641無引力剛性彈球模型一氣體分子平均自由程Epdr2平均碰撞頻率d3平均自由程什么是分子平均碰撞頻率和平均自由程？二者關(guān)系？平均自由程與那些原因相關(guān)？41/64平面氣流層之間粘滯力xyz——Newton粘滯定律動(dòng)量沿流速減小方向輸運(yùn)BAz01氣體粘滯現(xiàn)象宏觀規(guī)律及其微觀解釋當(dāng)流體各層流速不一樣時(shí)，任意相鄰兩層流體之間將產(chǎn)生相互作用力。力作用結(jié)果總是使流速小那一層流體加速，流速大那一層流體加速二輸運(yùn)現(xiàn)象宏觀規(guī)律及其微觀解釋42/64分子熱運(yùn)動(dòng)造成不等值定向動(dòng)量交換在dt時(shí)間內(nèi)經(jīng)過ds面積交換動(dòng)量=在dt時(shí)間內(nèi)經(jīng)過ds面積交換分子對(duì)數(shù)X一對(duì)分子交換動(dòng)量dsxzyABxzyABz0一次碰撞假設(shè)分子攜帶最終一次受碰處定向動(dòng)量43/642熱傳導(dǎo)現(xiàn)象宏觀規(guī)律及其微觀解釋分子熱運(yùn)動(dòng)造成不等值平均動(dòng)能交換在dt時(shí)間內(nèi)經(jīng)過ds面積交換平均動(dòng)能=在dt時(shí)間內(nèi)經(jīng)過ds面積交換分子對(duì)數(shù)X一對(duì)分子交換平均動(dòng)能宏觀規(guī)律：存在溫差時(shí)，熱量由高溫向低溫傳遞過程——傅立葉定律44/643。輸運(yùn)現(xiàn)象共性及特征怎樣影響輸運(yùn)過程？不均勻宏觀量分子熱運(yùn)動(dòng)引發(fā)不等值物理量交換交換分子數(shù)交換物理量差異各類輸運(yùn)現(xiàn)象宏觀規(guī)律及微觀解釋？它們共性是什么？45/64低壓下時(shí)，隨壓強(qiáng)減小而減小容器線度常壓下與壓強(qiáng)無關(guān)Why??降低不變交換分子數(shù)交換物理量差異交換分子數(shù)交換物理量差異怎樣從微觀上解釋粘滯系數(shù)和熱傳導(dǎo)系數(shù)與壓強(qiáng)關(guān)系？46/64第六章范氏氣體及表面張力47/64一范氏氣體方程1氣體分子模型——弱引力彈性剛球d范氏氣體分子模型與理想氣體分子模型異同？48/641mol理想氣體狀態(tài)方程：pv=RT分子體積修正-----v~v-bv-bv分子引力修正-----⊿p~-a/v21mol范氏氣體狀態(tài)方程：mol范氏氣體狀態(tài)方程？2VanderWaals方程分子斥力分子引力范氏氣體方程中a、b是針對(duì)那些方面對(duì)理想氣體方程進(jìn)行修正？49/643范氏氣體內(nèi)能取分子間距時(shí)，分子間勢能為零1mol范氏氣體內(nèi)能1mol氣體體積為v時(shí)勢能例：1molN2，等溫壓縮，體積從標(biāo)態(tài)下體積減小為原來1/100，設(shè)N2遵從范氏方程，試計(jì)算此過程外界對(duì)氣體功，氣體內(nèi)能改變和放出熱量。1mol范氏氣體內(nèi)能表示式，并推導(dǎo)1mol范氏氣體經(jīng)絕熱自由膨脹后溫度與體積改變之間關(guān)系。50/64二、液體表面張力1表面張力大小及方向在液體表面任一截線兩邊對(duì)拉，此力與截線垂直并與該處液面相切溫度越高，表面張力系數(shù)越小2表面張力引發(fā)彎曲液面下附加壓強(qiáng)

球形液面柱形液面表面張力系數(shù)截線長度液體表面單位面積表面能51/64例6-6在半徑r細(xì)玻璃管中注水，可得到管中液面呈半徑r半球面，管下端形成水滴，能夠視為半徑R球體一部分，求管中水柱高度52/643毛細(xì)現(xiàn)象接觸角——液體、固體壁與空氣交界處作液體表面切面，此面與固體壁在液體內(nèi)部所夾角度。接觸角為銳角時(shí)，液體潤濕固體；為鈍角時(shí)，液體不潤濕固體。潤濕和不潤濕現(xiàn)象產(chǎn)生原因——液體分子間吸引力(稱內(nèi)聚力)與固體分子與液體分子間相互吸引力(稱附著力)間力量對(duì)比不一樣53/64液體在毛細(xì)管中上升或下降高度與那些原因相關(guān)？以潤濕現(xiàn)象為例54/64習(xí)題6-16兩塊平行且豎直放置玻璃板，部分浸入水中，使兩板間保持距離d，試求每塊板內(nèi)外側(cè)所受壓力協(xié)力。55/64第七章相變56/64一一級(jí)相變特點(diǎn)體積發(fā)生顯著改變有相變潛熱相變潛熱L——單位物質(zhì)從一個(gè)相轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑴囟韧瑝簭?qiáng)另一個(gè)相過程所吸收熱量。如汽化熱、溶解熱、升華熱外潛熱和內(nèi)潛熱相變前后單位質(zhì)量物質(zhì)內(nèi)能——u1,u2比體積——v1,v2L=△u+A=u2-u1+p(v2-v1)分子間相互作用勢能改變系統(tǒng)對(duì)外做功為何汽化熱隨沸