2.热学

第二章化学热力学基础2.1 热力学概论2.1.11) 高炉炼铁反应Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2 ?2) 汽车尾气污染问题2NO + 2CO = N2 + 2CO2 ？3) 将石墨转化为金刚石C (Graphite) = C (Diamond) ？实现这些化学反应的可能性及反应程度等问题需要化学热力学来解决热力学(themodynamics) ：不需要知道物质的内部结构，只从能量观点出发，专门研究能量相互转变过程中所遵循规律的科学。

热力学将宏观物体作为整体看待，直接以宏观实验与观察为基础，从物体表现出的整体宏观现象上总结抽象出共同的规律作为自然法则，然后进行逻辑推演，进而解释和解决各种有关问题。

其理论支柱是四条热力学基本定律，它们是在漫长的岁月中，总结大量正反两方面的实践经验抽象出的宏观法则。

✓热力学研究各种能量之间的转换关系，如电能和机械能、电能和热能等。

✓热力学研究在各种变化过程中发生的各种能量效应。

✓热力学能判断一定条件下的变化能否发生以及进行到什么程度。

所以，尽管热力学是物理学的分支学科，但其应用范围极其广泛，它可以应用于工程学、化学、生物学等学科。

本章从热力学应用于化学的角度，对热力学的基本原理给予初步简介，仅帮助同学们初步地了解如何从宏观角度解释一些化学问题的方法。

化学热力学利用热力学的基本方法、原理来研究化学变化和与化学变化有关的物理变化中能量的转化或传递的学科。

研究化学反应时，常遇到这样一些问题：当几种物质放在一起时，①它们能发生反应吗？②如果发生反应，能量如何变化？③反应是否可进行到底？④反应速率多大？⑤反应是如何进行的（反应机理）？化学热力学的研究范围:①②③属于化学热力学问题，也就是化学反应的方向、限度以及伴随的能量变化。

而④⑤属于化学动力学问题。

化学热力学的作用：☞预测反应发生的可能性及进行的方向（判据）（热力学第二定律）☞判断反应进行的限度（平衡问题）☞确定化学反应的热效应（热力学第一定律）化学热力学的局限性通过化学热力学的研究，能够比较满意地解决①②③这三个问题，但并不能够解决④⑤这两个问题，体现出化学热力学的局限性，因为：✓热力学的研究对象是宏观物体，对于个别原子、分子等微观粒子的性质是无能为力的。

热学第二版课后习题答案热学第二版课后习题答案热学是物理学中的一门重要学科，研究热量的传递、热力学规律以及热力学系统的性质等。

在学习热学的过程中，课后习题是检验学生对知识掌握程度的重要手段。

下面将为大家提供热学第二版课后习题的答案。

第一章：热力学基础1. 什么是热力学第一定律？它的数学表达式是什么？热力学第一定律是能量守恒定律的推广，它表明能量可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量守恒。

数学表达式为ΔU = Q - W，其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做功。

2. 什么是热容？如何计算物体的热容？热容是物体吸收或释放单位温度变化时所需的热量。

计算物体的热容可以使用公式C = Q/ΔT，其中C表示热容，Q表示吸收或释放的热量，ΔT表示温度变化。

3. 什么是等容过程？等容过程的特点是什么？等容过程是指在恒定体积条件下进行的热力学过程。

在等容过程中，系统对外界做功为零，因为体积不变。

等容过程的特点是内能变化等于吸收的热量，即ΔU = Q。

第二章：理想气体的热力学性质1. 理想气体的状态方程是什么？它的含义是什么？理想气体的状态方程是PV = nRT，其中P表示气体的压强，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R表示气体常数，T表示气体的温度。

这个方程表示了理想气体的状态与其压强、体积、物质量和温度之间的关系。

2. 理想气体的内能与温度有何关系？理想气体的内能与温度成正比，即U ∝ T。

当温度升高时，理想气体的内能也会增加。

3. 理想气体的等温过程与绝热过程有何区别？等温过程是指在恒定温度条件下进行的热力学过程，绝热过程是指在没有热量交换的情况下进行的热力学过程。

在等温过程中，气体的温度保持不变，而在绝热过程中，气体的内能保持不变。

第三章：热力学第二定律1. 热力学第二定律的表述是什么？它有哪些等效表述？热力学第二定律的表述是热量不会自发地从低温物体传递到高温物体。

它有三个等效表述：卡诺定理、克劳修斯不等式和熵增原理。

热学的基本原理热学是物理学中研究热现象和热力学性质的分支学科。

它涉及到能量转换、传输和热平衡等方面的知识。

本文将介绍热学的基本原理，包括热传导、热辐射和热对流等内容。

一、热传导热传导是热学中最基本的热传递方式之一。

它描述了热量通过固体、液体或气体中的分子或原子之间的碰撞传播的过程。

热传导的速率与材料的导热性能有关，而导热性能则取决于物质的热导率和形状等因素。

热传导的基本原理可以通过傅里叶热传导定律来描述。

该定律表明，在温度梯度存在的情况下，热流密度正比于温度梯度的负向，并与材料的导热性能有关。

二、热辐射热辐射是指物体由于其本身的热能而产生的辐射现象。

热辐射是热学中另一种重要的热传递方式。

根据斯特藩-玻尔兹曼定律，热辐射功率与物体的温度的四次方成正比。

热辐射的基本原理是由于物体的分子或原子内部存在量子能级的跃迁而引起的。

当物体处于高温状态时，分子或原子内部的电子会发生能级跃迁，并以电磁波的形式辐射出去。

三、热对流热对流是指液体或气体中因密度变化引起的流动而产生的热传递方式。

热对流可以通过对流传热定律来描述，该定律表明，热流密度正比于温度梯度，并与流体的导热系数和对流换热面积有关。

热对流的基本原理是由于密度差异在液体或气体中产生流动，形成对流传热。

这种流动可以通过热对流换热过程将热量从高温区域传递到低温区域。

四、热平衡热平衡是指物体之间不再发生热量交换的状态。

根据热平衡原理，当两个物体处于热平衡状态时，它们之间不存在温度差。

热平衡是热学中一个重要的概念，它对于理解热传递过程和热力学系统的性质和行为具有重要意义。

在热平衡状态下，根据热力学第零定律，如果两个物体与一个第三个物体分别处于热平衡状态，那么它们之间也必然处于热平衡状态。

这一定律为测量温度提供了基础。

热学的基本原理涉及到热传导、热辐射、热对流和热平衡等方面的知识。

通过理解和应用这些基本原理，我们可以更好地解释和分析热现象，并在工程和科学领域中应用热学原理来优化设计和解决问题。

热力学第二定律热量传递的方向性热力学第二定律是热力学学科中的基本定律之一，它描述了热量的传递方向性。

热力学第二定律表明，热量总是自高温区流向低温区，而不会自发地从低温区流向高温区。

本文将详细介绍热力学第二定律以及它对热量传递方向性的影响。

1. 热力学第二定律的基本原理热力学第二定律是基于实验观察而得出的，并通过数学关系进行了总结和推导。

热力学第二定律的基本原理可以概括为以下两个方面：第一，热力学第二定律排斥永动机的存在。

永动机是指能够连续不断地转化热能为机械能的理想机器。

然而，热力学第二定律指出，热量不会自发地从低温区传递到高温区，因此无法从单一热源中提取出的热量完全转化为机械能。

这一原理排除了永动机的存在。

第二，热力学第二定律引入了“熵”的概念。

熵是描述系统无序程度的物理量，可以理解为系统的混乱程度。

热力学第二定律指出，任何一个孤立系统中的熵都不会减少，而是自发地趋向于增大。

这意味着热量会不可避免地从高熵区域（低温区）流向低熵区域（高温区），进一步加强了热传递方向的确定性。

2. 热力学第二定律与热传递方向性的关系热力学第二定律对热传递方向性产生了深远的影响。

根据热力学第二定律，热量传递总是从高温区流向低温区，而不会自发地反向传递。

这一原理可以从微观和宏观两个层面进行解释。

微观层面上，物体的温度是由其微观粒子的热运动引起的。

高温意味着粒子运动更为剧烈，相邻粒子之间的能量传递更为频繁。

相反，低温意味着粒子运动较为缓慢，能量传递的频率较低。

因此，热量自然地从高温区向低温区传递。

宏观层面上，我们可以用温度差来描述热传递方向的确定性。

温度差是指不同区域之间的温度差异。

根据热力学第二定律，热传递总是自高温区向低温区进行。

这可以解释为温度差的存在使得熵增大，而熵的增大是自然趋势。

因此，热量传递方向的确定性可以从温度差的存在进行解释。

3. 热力学第二定律的应用热力学第二定律在工程和科学领域有着广泛的应用。

以下是一些热力学第二定律的应用案例：第一，热力学第二定律被应用于热机效率的研究。

第⼆章热⼒学第⼆定律第⼆章热⼒学第⼆定律引⾔⼀、热⼒学第⼀定律的局限性：凡是违背第⼀定律的过程⼀定不能实现，但是不违背第⼀定律的过程并不是都能⾃动实现的。

例如： 1．两块不同温度的铁相接触，究竟热从哪⼀块流向哪⼀块呢？按热⼒学第⼀定律，只要⼀块铁流出的热量等于另⼀块铁吸收的热量就可以了，但实际上，热必须温度从较⾼的⼀块流向温度较低的那块，最后两块温度相等，⾄于反过来的情况，热从较冷的⼀块流向热的⼀块，永远不会⾃动发⽣。

2．对于化学反应：以上化学反应计量⽅程告诉我们，在上述条件下，反应⽣成1mol NO 2，则放热57.0KJ,若1mol NO 2分解，吸热57.0KJ ，均未违反热⼒学第⼀定律，但热⼒学第⼀定律不能告诉我们，在上述条件下的混合物中，究竟是发⽣NO 2的分解反应，还是NO 2的⽣成反应？假定是⽣成NO 2的反应能⾃动进⾏，那么进⾏到什么程度呢？这些就是过程进⾏的⽅向和限度问题，第⼀定律⽆法解决，要由第⼆定律解决。

⼆、热⼒学第⼆定律的研究对象及其意义：1．研究对象：在指定条件下，过程⾃发进⾏的⽅向和限度：当条件改变后，⽅向和限度有何变化。

2．意义：过程⾃发进⾏的⽅向和限度是⽣产和科研中所关⼼和要解决的重要问题。

例如：在化⼯及制药⽣产中，不断提出新⼯艺，或使⽤新材料，或合成新药品这⼀类的科学研究课题，有的为了综合利⽤，减少环境污染，有的为了改善劳动条件不使⽤剧毒药品，……等。

这些⽅法能否成功？也就是在指定条件下，所需要的化学反应能否⾃动进⾏？以及在什么条件下，能获得更多新产品的问题。

当然，我们可以进⾏各种实验来解决这⼀问题，但若能事先通过计算作出正确判断，就可以⼤⼤节省⼈⼒，物⼒。

理论计算认为某条件下根本不可能进⾏的反应，就不要在该条件下去进⾏实验了。

NO(g)+12O 2(g)2(g)KJH m r 0.57298..=?KJ H m r 0.57298..-=?NO(g)+12O 2(g)NO 2(g)§2–1 ⾃发过程的共同特征⼀、⾃发过程举例：1．理想⽓体⾃由膨胀2．热量由⾼温物体传向低温物体3．锌投⼊硫酸铜溶液中发⽣置换反应：Zn + CnSO4→ Cu + ZnSO4⼆、⾃发过程的共同特征：由上述例⼦可以分析，所有⾃发变化是否可逆的问题，最终都可归结为“热能否全部转变为功⽽没有其他变化”这样⼀个问题。

第二章热力学第一定律概念理解一、选择题1. 下述对于理想气体的热力学能的四种理解，其中都正确的是：(1) 状态一定，热力学能也一定；(2) 对应于某一状态的热力学能是可以直接测定的；(3) 对应于某一状态，热力学能只有一个数值，不可能有两个或两个以上的数值；(4) 状态改变时，热力学能一定跟着改变。

(A) (1), (2) (B) (3), (4) (C) (2), (4) (D) (1), (3)2. 有一处于室温的高压钢筒，打开活塞后气体喷出筒外，当筒内压力与筒外压力相等时关闭活塞，此时筒内温度：(A) 等于室温 (B) 高于室温 (C) 低于室温 (D) 无法判断3. 373K、标准压力下，1mol水，经下列两个不同过程蒸发为373K、标准压力下的水汽：(1) 等温、等压可逆蒸发；(2) 真空蒸发。

这两个过程中功和热(绝对值)的关系为：(A) W1 > W2, Q1 > Q2 (B) W1< W2, Q1 <Q2 (C) W1= W2, Q1 =Q2 (D) W1> W2, Q1 <Q24. 在一个密闭绝热的房间里放置一台电冰箱，将冰箱门打开，并接通电源使其工作，过一段时间之后，室内的平均气温将如何变化？(A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 不一定5. 凡是在孤立系统中进行的变化，其ΔU和ΔH的值一定是：(A) ΔU >0,ΔH >0 (B) ΔU=0,ΔH= 0 (C) ΔU< 0,ΔH< 0 (D) ΔU =0,ΔH不确定6. 某理想气体的C p/C V =1.40，则该气体为几原子分子气体？(A) 单原子 (B) 双原子 (C) 三原子 (D) 四原子7. 当5mol H2(g)与4mol Cl2(g)混合，最后生成2mol HCl(g)。

若以下式为基本单元：H2(g)+Cl2(g)=2HCl(g)。

则反应进度应是：(A) 1mol (B) 2mol (C) 4mol (D) 5mol8. 欲测定有机物燃烧热Q p，使反应在氧弹中进行，实测得热效应为Q V，公式Q p=Q V+ΔnRT中的Δn为：(A) 生成物与反应物总物质的量之差 (B) 生成物与反应物中气相物质的量之差(C) 生成物与反应物中凝聚相物质的量之差 (D) 生成物与反应物的总热容差9. 下述说法，哪一个正确？(A) 水的生成焓即是氧气的燃烧焓 (B) 水蒸气的生成焓即是氧气的燃烧焓(C) 水的生成焓即是氢气的燃烧焓 (D) 水蒸气的生成焓即是氢气的燃烧焓10. 298K时，石墨的标准生成焓：(A) 大于零 (B) 小于零 (C) 等于零 (D) 不能确定11. 石墨和金刚石在298K、标准压力下的标准燃烧焓分别为-393.4kJ·mol-1和-395.3kJ·mol-1，则该温度下金刚石的标准摩尔生成焓为：(A) – 393.4kJ·mol-1 (B) -395.3kJ·mol-1 (C) -1.9kJ·mol-1 (D) 1.9kJ·mol-112. 人在室内休息时，大约每天要吃0.2kg的酐酪（摄取的能量约为4000kJ）。

第二章热力学第一定律2.1 热力学的理论基础与方法1.热力学的理论基础热力学涉及由热所产生的力学作用的领域，是研究热、功及其相互转换关系的一门自然科学。

热力学的根据是三件事实：①不能制成永动机。

②不能使一个自然发生的过程完全复原。

③不能达到绝对零度。

热力学的理论基础是热力学第一、第二、第三定律。

这两个定律是人们生活实践、生产实践和科学实验的经验总结。

它们既不涉及物质的微观结构，也不能用数学加以推导和证明。

但它的正确性已被无数次的实验结果所证实。

而且从热力学严格地导出的结论都是非常精确和可靠的。

不过这都是指的在统计意义上的精确性和可靠性。

热力学第一定律是有关能量守恒的规律，即能量既不能创造，亦不能消灭，仅能由一种形式转化为另一种形式，它是定量研究各种形式能量(热、功—机械功、电功、表面功等)相互转化的理论基础。

热力学第二定律是有关热和功等能量形式相互转化的方向与限度的规律，进而推广到有关物质变化过程的方向与限度的普遍规律。

利用热力学第三定律来确定规定熵的数值，再结合其他热力学数据从而解决有关化学平衡的计算问题。

2．热力学的研究方法热力学方法是：从热力学第一和第二定律出发，通过总结、提高、归纳，引出或定义出热力学能U，焓H,熵S,亥姆霍茨函数A,吉布斯函数G；再加上可由实验直接测定的p,V,T等共八个最基本的热力学函数。

再应用演绎法，经过逻辑推理，导出一系列的热力学公式或结论。

进而用以解决物质的p,V,T变化、相变化和化学变化等过程的能量效应(功与热)及过程的方向与限度，即平衡问题。

这一方法也叫状态函数法。

热力学方法的特点是：(i)只研究物质变化过程中各宏观性质的关系，不考虑物质的微观结构；(ii)只研究物质变化过程的始态和终态，而不追究变化过程中的中间细节，也不研究变化过程的速率和完成过程所需要的时间。

因此，热力学方法属于宏观方法。

2.2 热力学的基本概念1.系统与环境系统：作为某热力学问题研究对象的部分；环境：与系统相关的周围部分；按系统与环境交换内容分为：（1）敞开系统(open system) ：体系与环境间既有物质交换又有能量交换的体系。

第二章热力学第一定律及应用2.1 人们是怎样认识热的本质的?【答】“热是能量的一种形式。

”这就是热的本质。

回顾过去，人们为了认识热的本质曾走过了一段很长的弯路。

这里，我们不想过多地叙述物理学史中诸如“热质说”等人们认识热的本质时所走过的歧路。

但人们是怎样抛弃了热是物质的假说而承认热是能量的一种形式呢?我们认为这与当时著名的物理学家焦耳的辛勤工作分不开，重温这一历程对于我们认识热的本质也是很有益处的。

焦耳做过的最有名的实验如今已收集在教科书中，他把一个金属奖状搅拌器装到一个盛水的大铁罐中，当搅拌器被一个向下运动的重物驱动时，它就搅拌大铁罐中的水而产生热，产生热量的多少可以根据测量温度上升的多少及大铁罐中水的质量而计算出来。

而消耗的机械能量可以从重物下落的距离和重物的重量计算出来。

这个实验看起来很简单，但是，为了防止热量从实验装置上损失是很不容易的，焦耳采取了许多巧妙的措施才比较好地解决了这一问题。

为了使实验更令人信服，焦耳还曾把大铁罐中的水，换成水银、油等重做这个实验，其结果与水完全一样。

焦耳通过上述实验发现，一定数量的机械能总是产生柑同数量的热量。

也就是说，机械能和热量之间的转换率是一定的。

：焦耳根据自己的实验正确地指出’，热是机械能的另一 种形式，从而道出了热的本质。

实际上，在焦耳之前，有一些物理学家，象牛顿和玻意耳等人就已经认识到热与动能有关，并且推测到热可能是运动的一种形式。

现在人们认为热是分子的无规则运动，换句话说，热是物体分子运动的动能。

例如，当物体的机械能转变成热能时，用分子运动论的观点，我们可以用下述的物理图象来理解。

假定一个下落的物体，当它与地面碰撞时不反弹起来。

在物体下落的过程中，它损失了势能获得了动能。

这时物体中所有的分子都具有向下的运动，平均说来，它们是向一个方向运动，也就是说，运动是定向有规则的。

当物体到达地面而停止运动时，分子的定向有规则运动变成了杂乱的无规则的运动。

即分子的无规则热运动代替了有规则的定向运动。

初中物理热学公式热学是物理学的一个分支，研究物体的热量传递和热力学性质。

它涉及到许多重要的物理定律和公式，对我们理解和应用热学原理有着重要的作用。

下面就是一些初中物理热学公式的详细介绍。

1. 热力学第一定律：ΔQ = ΔU + ΔW这个公式描述了热量传递、系统内能的变化和对外做功之间的关系。

其中，ΔQ表示系统吸收或释放的热量，ΔU表示系统内能的变化，ΔW表示系统对外做的功。

根据这个公式，我们可以计算系统的内能变化以及吸热或放热的量。

2. 热胀冷缩公式：ΔL = αL₀ΔT这个公式描述了物体的线膨胀或线收缩。

其中，ΔL表示长度的变化量，α表示线膨胀系数，L₀表示初始长度，ΔT表示温度的变化量。

这个公式可以应用于估计物体在温度变化下的尺寸变化。

3. 弹簧弹性势能公式：E = (1/2)kx²这个公式描述了弹簧的弹性势能。

其中，E表示弹簧的弹性势能，k表示弹簧的弹性系数，x表示弹簧的形变量。

根据这个公式，我们可以计算出弹簧的储能情况。

4. 热传导公式：Q = λA(ΔT/Δx)这个公式描述了物体内部通过热传导传递的热量。

其中，Q表示单位时间内传导的热量，λ表示热导率，A表示传热面积，ΔT表示温度差，Δx表示传热距离。

根据这个公式，可以计算物体内部的热量传导情况。

5. 比热容公式：Q = mcΔT这个公式描述了物体吸收或释放的热量。

其中，Q表示热量，m表示质量，c表示比热容，ΔT表示温度变化。

根据这个公式，我们可以计算物体吸收或释放的热量。

6. 直流电热效应公式：Q = I²Rt这个公式描述了电流通过导线时产生的热量。

其中，Q表示热量，I表示电流，R表示电阻，t表示时间。

根据这个公式，可以计算导线产生的热量，从而进行电热效应方面的设计和计算。

7. 热力学第二定律（卡诺定律）：η = (Th - Tc) / Th这个公式描述了热机的热效率。

其中，η表示热效率，Th表示热机热源的温度，Tc表示热机冷源的温度。

第二章热力学第一定律基本公式功: δW = -P外dV热力学第一定律: dU =δQ + δW ΔU = Q + W焓的定义: H ≡ U + PV热容的定义: C=limΔT→0δQ/ ΔT等压热容的定义: C P =δQ P /dT =(∂H/∂T)P等容热容的定义: C V =δQ V /dT =(∂U/∂T)V任意体系的等压热容与等容热容之差: C P - C V = [P + (∂U/∂V)T] (∂V/∂T)P 理想气体的等压热容与等容热容之差: C P - C V = nR理想气体绝热可逆过程方程: γ = C P / C VPVγ-1 =常数T Vγ-1 =常数P1-γTγ=常数理想气体绝热功: W =C V(T1 – T2 ) W = P1V1 – P2V2 /γ-1热机效率: η = W/Q2可逆热机效率: η = T2 – T1 / T2冷冻系数: β= Q1′/W可逆制冷机冷冻系数: β = T1 / T2 – T1焦汤系数: μ = ( ∂T/ ∂P)H = - (∂H/∂P)/C P反应进度: ξ= n B – n B0 / νB化学反应的等压热效应与等容热效应的关系: Q P = Q V + ΔnRT当反应进度ξ= 1 mol 时Δr H m= Δr U m +ΣBνB RT化学反应等压热效应的几种计算方法:Δr H m⊖=ΣBνBΔf H m⊖(B)Δr H m⊖=ΣB (єB )反应物 - ΣB(єB )产物Δr H m⊖= -ΣBνBΔC H m⊖(B)反应热与温度的关系: Δr H m(T2) =Δr H m(T1) + ∫21T TΔr C P dT表 1-1 一些基本过程的W 、Q、△U 、△H 的运算过程W Q △U △H 理想气体自由膨胀0 0 0 0 理想气体等温可逆 -nRTLnV2/V1 -nRTLnV2/V10 0任意物质等容可逆理想气体0∫C V dT∫C V dTQ v∫C V dT△U + V△P∫C P dT任意物质等压可逆理想气体-P外△V-P外△V∫C P dT∫C p dTQ P - P△V∫C V dTQ P∫C P dT理想气体绝热过程C V(T2 – T1)1/γ-1(P2V2-P1V1) 0 ∫C V dT ∫C P dT理想气体多方可逆过程PVδ=常数n R/1-δ(T2-T1) △U + W ∫C V dT ∫C P dT 可逆相变(等温等压) -P外△V Q P Q P -W Q P化学反应(等温等压) -P外△VQ PQ P – WΔr H m=Δr U m+ΣBνB RTQ PΔr H m⊖=ΣBνBΔf H m⊖(B) 例题例1 0.02Kg 乙醇在其沸点时蒸发为气体。

初中物理热学公式热学是一个研究热现象与能量转化的学科，它是物理学的一个分支。

在初中物理中，我们通常会学习一些基本的热学公式，下面是一些常见的初中物理热学公式。

1.热传导公式：热传导是热量从高温物体传递到低温物体的过程。

热传导的速率可以用以下公式表示：Q=k*A*ΔT/d其中，Q表示热量的传导速率，k表示热传导系数，A表示传热的面积，ΔT表示温度差，d表示传热的距离。

2.热容公式：热容是物体在温度变化时吸收或释放的热量。

它与物体的质量和材料的热容量有关。

热容可以用以下公式表示：Q=m*c*ΔT其中，Q表示吸收或释放的热量，m表示物体的质量，c表示物体的比热容，ΔT表示温度的变化。

3.热膨胀公式：热膨胀是物体由于温度变化而引起的体积扩大或收缩。

热膨胀可以用以下公式表示：ΔL=α*L*ΔT其中，ΔL表示长度的变化，α表示线膨胀系数，L表示物体的初始长度，ΔT表示温度的变化。

4.热力学第一定律：热力学第一定律也被称为能量守恒定律。

根据热力学第一定律，能量不能被创造或毁灭，只能转化成其他形式。

热力学第一定律可以用以下公式表示：ΔU=Q-W其中，ΔU表示内能的变化，Q表示吸热量，W表示对外做功。

5.热效率公式：热效率是指能量转化过程中有多少能量被有效利用的比例。

热效率可以用以下公式表示：η=W/Q1其中，η表示热效率，W表示对外做功，Q1表示吸热量。

6.灵敏度公式：灵敏度是指物体的温度变化在其长度变化中的比例。

灵敏度可以用以下公式表示：S=ΔL/ΔT/L其中，S表示灵敏度，ΔL表示长度的变化，ΔT表示温度的变化，L 表示物体的初始长度。

物理第二轮备课教案之热学理论研究本文将从热学理论研究的角度出发，探讨物理第二轮备课教案中的热学章节。

热学是研究物质内部分子和原子运动的科学，涉及的范围非常广泛，从微观到宏观都有所涉及。

在学习热学时，需要掌握一定的数学知识和实验基础。

在备课教案中的热学章节中，我们需要明确的是掌握基本的热力学量与状态变化之间的关系，掌握理想气体和热传导等基本热学概念和物理定律。

1. 热学基础理论研究热学的基础理论是热力学，热力学主要研究物质的热学性质和热力学循环过程。

物质热学性质包括热容、比热、热导率、导热系数等，热力学循环过程包括等温、等容、等压、绝热等过程。

在备课教案中，要学习热力学第一定律和第二定律，掌握内能、热功、功等基本概念，掌握理想气体状态方程、理想气体定律等。

2. 理想气体研究理想气体是热学中的一个重要概念，它是一个分子间没有相互作用力的气体。

理想气体的状态方程是PV=nRT，其中P、V、T是气体的压强、体积、温度，n是气体的物质的量，R是气体的普适气体常数。

在学习理想气体状态方程时，需要明确这个方程的物理意义和使用场景，掌握气体的理论性质和实验方法等。

3. 热传导研究热传导是指物体内部的热量传递。

在物理中，热传导的基本定律是傅里叶定律，它表明，热传导的速率与温度差、材料导热系数、物体的尺寸和传热表面积等因素有关。

在学习热传导时，需要了解热传导的物理机制和传热方式，掌握热传导的基本定律和实验方法。

4. 热力学循环过程研究热力学循环过程是指在一定的热平衡条件下，热能通过不同方式的转移进行工作。

在学习热力学循环过程时，需要明确等温过程、等容过程、等压过程和绝热过程等基本概念和物理定律。

掌握这些过程的基本特点和应用场景，例如循环热机等。

5. 热学实验研究热学实验是研究热学问题的一个重要途径。

在学习热学时，需要掌握热学实验仪器的使用和实验方法，例如热容量测定、理想气体状态方程测定等。

热学是物理学中的重要分支之一，其理论和应用广泛涉及到我们的生活和生产中的许多方面。

平衡态与分子热运动的统计规律一 选择题1.下列物理量属于微观量的是［ ］A 温度B 压强C 体积D 分子质量2若系统A 与系统B 处于热平衡态， 则［ ］A A 与B 的温度一定相同B A 与B 的温标一定相同C A 与B 的温度的数值一定相同D A 与B 的宏观态一定相同3如图所示，两个大小不同的容器用均匀的细管相连，管中有一水银滴作活塞，大容器装有氧气，小容器装有氢气. 当温度相同时，水银滴静止于细管中央，则此时这两种气体中 ［ ］ (A) 氧气的密度较大． (B) 氢气的密度较大．(C) 密度一样大． (D) 哪种密度较大无法判断4两容器内分别盛有氢气和氦气，若它们的温度和质量分别相等，则［ ］(A) 两种气体分子的平均平动动能相等．(B) 两种气体分子的平均动能相等．(C) 两种气体分子的平均速率相等．(D) 两种气体的内能相等．5若理想气体的体积为V ，压强为p ，温度为T ，一个分子的质量为m ，k 为玻耳兹曼 常量，R 为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数为［ ］(A) pV/m (B) pV/(kT)(C) pV/(RT) (D) pV/(mT)6在一密闭容器中，储有A 、B 、C 三种理想气体，处于平衡状态，A 种气体的分子数 密度为1n ，它产生的压强为1p ，B 种气体的分子数密度为12n ，C 种气体的分子数密度为13n ，则混合气体的压强p 为 ［ ］(A)31p (B)41p (C)51p (D)61p7一个容器内贮存mol 1氢气和mol 1氮气，若两种气体各自对容器产生的压强分别为P 1和P 2，则两个的大小关系是 ［ ］（A ）P 1＞P 2； （B ）P 1＜P 2； （C ）P 1=P 2； （D ）不能确定8温度、压强相同的氦气和氧气，它们的分子的平均动能ε和平均平动动能t ε有如下关系［ ］（A ）ε和t ε都相等 （B ）ε相等，而t ε不相等（C ）t ε相等 （D ）ε相等9一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m ，根据理想气体分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量平方的平均值为 ［ ］（A ）m kT /3 （B ）m kT /231 （C ）m kT /3 （D ）m kT / 10下列各式中哪一式表示气体分子的平均平动动能？（式中M 为气体的质量，m 为气体分子的质量，N 为气体分子的总数目，n 为气体分子数密度，A N 为阿伏加德罗常数） ［ ］（A ）PV M m 23； （B ）PV m M 23； （C ）nPV 23； （D ）PV N Mm A 23 11速率分布函数)(v f 的物理意义为［ ］ (A) 具有速率v 的分子占总分子数的百分比．(B) 速率分布在v 附近的单位速率间隔中的分子数占总分子数的百分比．(C) 具有速率v 的分子数．(D) 速率分布在v 附近的单位速率间隔中的分子数．12按麦克斯韦分布，速率在21v v →之间的分子数表达式为：A ．()v v f v v v d 212⎰B ．()v v f N v v d 21⎰C ．()N v v f v v d 21⎰D ．()v v vf N v v d 21⎰ 13已知一定质量的某种理想气体，在温度为T 1和T 2时，分子的最概然速率分别为1p v 和2p v ，分子速率分布函数的最大值分别为)(1p v f 和)(2p v f ，已知T 1＞T 2，则［ ］（A ）21P P v v >，)()(21P P v f v f >； （B ）21P P v v <，)()(21P P v f v f >；（C ）21P P v v >，)()(21P P v f v f <； （D ）21P P v v <，)()(21P P v f v f <14设某种气体的分子速率分布函数为)(v f ，则速度在21v v →区间内的分子的平均速率为［ ］（A ）⎰21)(v v dv v vf （B ）⎰21)(v v dv v f （C ）⎰⎰2121)(/)(v v v v dv v f dv v vf （D ）⎰⎰∞121)(/)(v v v dv v f v f 15一容器内装有N 1个单原子理想气体分子和N 2个刚性双原子理想气体分子，当该系统处在温度为T 的平衡态时，其内能为 ［ ］(A) (N 1+N 2) (23kT +25kT )． (B) 21(N 1+N 2) (23kT +25kT )．(C) N 123kT +N 225kT ． (D) N 125kT + N 223kT ． 16若氧分子气体离解为氧原子后，其热力学温度提高一倍，则氧原子的平均速率是氧分子的平均速率的 ［ ］(A) 1 /2倍． (B) 2倍． (C) 2倍．(D) 4倍．17水蒸气分解成同温度的氢气和氧气，内能增加了百分之几？（不计振动自由度）［ ］（A ）66.7% （B ）50% （C ）25% （D ）018有容积不同的A 、B 两个容器，A 中装有单原子分子理想气体，B 中装有双原子分子理想气体，若两种气体的压强相同，那么这两种气体单位体积的内能A V E )(和B VE )(的关系为［ ］（A ）(V E )A ＜(V E )B （B ）(V E )A ＞(V E )B （C ）(V E )A =(VE )B （D ）不能确定 19一定量的某种理想气体，若体积保持不变而温度升高，则其平均自由程λ和平均碰撞频率Z 与温度的变化情况是［ ］ (A) λ减少而Z 增大 (B) λ增大而Z 减少 (C) λ和Z 均增大． (D) λ保持不变而Z 增大20容积恒定的容器内盛有一定量某种理想气体，其分子热运动的平均自由程为0λ，平均碰撞频率为0Z ，若气体的热力学温度降低为原来的1/4倍，则此时分子平均自由程λ和平均碰撞频率Z 分别为 ［ ］ (A) λ＝0λ，Z ＝0Z ． (B) λ＝0λ，Z ＝210Z ． (C) λ＝20λ，Z ＝02Z ． (D) λ＝20λ，Z ＝210Z ． 二 填空题1平衡态是指2热力学第零定律的表述为 .3一定质量的理想气体处于热平衡状态时，此热力学系统的不随时间变化的三个宏观量为 ;而随时间不断变化的微观量是 .4在定压下加热一定量的理想气体，若使其温度升高1K 时，它的体积增加了0.005倍，则气体原来的温度是__________.5从分子动理论导出的压强公式来看, 气体作用在器壁上的压强决定于___________和_________________．6在推导理想气体压强公式中，体现统计意义的两条假设是(1) ______________________________________________________；(2) ______________________________________________________．7 1标准大气压、C 27时，一立方米体积中理想气体的分子数n ＝____________, 分子热运动的平均平动动能＝________________．8 若i 是刚性气体分子的运动自由度数，则kT i 2所表示的是 ；kT 23所表示的是 ；RT i 2所表示的是 . 9 分子热运动自由度为i 的一定量刚性分子理想气体，当其体积为V 、压强为p时，其内能E ＝__________．10一氧气瓶的容积为V ，充入氧气的压强为1p ，用了一段时间后压强降为2p ，则瓶中剩下的氧气的内能与未用前氧气的内能之比为__________．11 设两容器内分别盛有质量为1M 和2M 、内能均为E 的不同种类的单原子理想气体，则此两种气体分子的平均速率之比为 ．12三个容器内分别贮有mol 1氦、mol 1氢和mol 1氨（均视为刚性分子的理想气体）.若它们的温度都升高K 1，则三种气体内能的增加值分别为：氦：=∆E ，氢：=∆E ，氨：=∆E .13在容积为V 的容器内盛有质量不等的两种单原子分子理想气体，处于平衡状态时，设它们的内能相等，且均为E ，则混合气体的压强为 .14某种气体分子在温度T 1时的方均根速率等于温度T 2 时平均速率，则T 1: T 2为 .15在容积为3210m -的容器中，装有质量为g 100的气体，若气体分子的方均根速率为1200-⋅s m ，则气体的压强为 .16现有两条气体速率分布曲线为（1）和（2）a 、若两条曲线分别表示同一种气体处于不同温度下的速率分布，则曲线 表示的气体温度较高.b 、若两条曲线分别表示同一温度下氢气和氧气的速率分布，则曲线 表示氧气的速率分布曲线.17氮气在标准状态下的分子平均碰撞次数为181042.5-⨯s ，分子平均自由程为cm 6100.6-⨯，若温度不变，气压降为atm 1.0，则分子平均碰撞次数变为 ；平均自由程变为 .18设气体的速率分布函数为)(v f ，总分子数为N ，则：（1）处于)(~dv v v +速率区间的分子数dN = ；（2）处于P v ~0的分子数为N ∆，而=∆NN ； （3）平均速率v 与)(v f 的关系为v = .19（1）分子的有效直径数量级是 ；（2）在常温下，气体分子的平均速率数量级是 ；（3）在标准状况下，气体分子的碰撞频率的数量级是 .20用总分子数N 、气体分子速率v 和速率分布函数)(v f ，表示下列各量：(1)速率大于0v 的分子数= ___________________；(2)速率大于0v 的那些分子的平均速率=___________________；(3)多次观察某一分子的速率，发现其速率大于0v 的概率=_______________.三 计算题1 定体气体温度计的测温气泡放入水的三相点的槽内时，气体的压强为6.65×103Pa.问：（1）用此温度计测量373.15K 的温度时，气体的压强是多少？（2）当气体压强为2.20×103Pa 时，待测温度是多少K ？2容积为V=1.20×10-2m 3的容器储有氧气，其压强P=8.31×105Pa ，温度为300K ，求（1）单位体积中的分子数；（2）分子的平均平动动能；（3）气体的内能.3 已知一个气球的体积为37.8m V =，充得温度C t 151=的氢气.当温度升高到C 37时，原有压强p 和体积维持不变，只是跑掉部分氢气，其质量减少了kg 052.0.试求气球内氢气在C 0、压强为p 下的密度ρ是多少？4容器内有2.66kg 氧气，已知其气体分子的平动动能总和是4.14×105J，求：（1）气体分子的平均平动动能；（2）气体的温度.5容器内贮有理想的混合气体，温度为C 100 ，压强为1333Pa .0；其中有mol 10-7的氧， g 610-的氮. 试求：(1) 混合气体的分子数密度； （2）氧气和氮气的分压强；（3）容器的体积； （4）氧气分子的总平动动能.6气体的温度为K T 273=，Pa 10013.13⨯=p 密度32m kg 1025.1--⋅⨯=ρ.试求 （1）该气体分子的方均根速率；（2）该气体的摩尔质量.7把标准状态下L 224的氮气不断压缩，按照范德瓦耳斯方程，它的体积将趋近于多少？这时分子引力所产生的内压力为多大？已知氮的常数26mol m Pa 141.0-⋅⋅=a ，135mol m 10913.3--⋅⨯=b8某状态下的氧气的扩散系数125s m 1022.1--⨯，粘滞系数s m kg 1095.15⋅⨯=-η.氧分子的有效直径m 106.310-⨯=d .求(1)氧气的密度及分子数密度； (2)氧分子的平均速率.9 有N 个粒子，其速率分布函数为：(1)作速率分布曲线并求常数a ； (2)求速率区间在（05.1v ，02v ）内的粒子数； (3)求粒子平均速率v .00000()/(0)()(2)()0(2)f v av v v v f v a v v v f v v v =≤≤⎧⎪=<≤⎨⎪=>⎩热力学定律一、填空题1一物质系统从外界吸收一定的热量，则 ［ ］(A) 系统的温度一定升高．(B) 系统的温度一定降低．(C) 系统的温度一定保持不变．(D) 系统的温度可能升高，也可能降低或保持不变．2 mol 1的单原子分子理想气体从状态A 变为状态B ，如果变化过程不知道，但A 、B 两态的压强，体积和温度都知道，则可求出［ ］（A ）气体所作的功. （B ）气体内能的变化.（C ）气体传给外界的热量. （D ）气体的质量.3 在下列各种说法中，哪些是正确的? ［ ］(1)热平衡过程就是无摩擦的、平衡力作用的过程.(2)热平衡过程一定是可逆过程.(3)热平衡过程是无限多个连续变化的平衡态的连接.(4)热平衡过程在V p 图上可用一连续曲线表示.(A) (1)、(2) (B) (3)、(4)(C) (2)、(3)、(4) (D) (1)、(2)、(3)、(4)4对于理想气体系统来说，在下列过程中，哪个过程系统所吸收的热量、内能的增量和对外作的功三者均为负值？［ ］(A) 等体降压过程． (B) 等温膨胀过程．(C) 绝热膨胀过程． (D) 等压压缩过程．5如图，bca 为理想气体绝热过程，a b 1和a b 2是任意过程，则上述两过程中气体作功与吸收热量的情况是［ ］ (A) a b 1过程放热，作负功；a b 2过程放热，作负功．(B) a b 1过程吸热，作负功；a b 2过程放热，作负功．(C) a b 1过程吸热，作正功；a b 2过程吸热，作负功． (D) a b 1过程放热，作正功；a b 2过程吸热，作正功． 6氦气、氮气、水蒸汽(均视为刚性分子理想气体)，它们的摩尔数相同，初始状态相同，若使它们在体积不变情况下吸收相等的热量，则［ ］(A) 它们的温度升高相同，压强增加相同．(B) 它们的温度升高相同，压强增加不相同． p O V b1 2 a c(C) 它们的温度升高不相同，压强增加不相同．(D) 它们的温度升高不相同，压强增加相同．7一定量某理想气体所经历的循环过程是：从初态(V 0,T 0)开始，先经绝热膨胀使其体积增大1倍，再经等体升温回复到初态温度T 0，最后经等温过程使其体积回复为V 0，则气体在此循环过程中［ ］(A) 对外作的净功为正值． (B) 对外作的净功为负值．(C) 内能增加了． (D) 从外界净吸的热量为正值．8在所给出的四个图象中，能够描述一定质量的理想气体在可逆绝热过程中，密度随压强变化的是［ ］9理想气体绝热地向真空中自由膨胀，体积增大为原来的两倍，则始、末两态的温度T 1与T 2和始末两态气体分子的平均自由程1λ与2λ的关系为［ ］（A ）T 1=T 2, 1λ=2λ （B ）T 1=T 2, 1λ=212λ （C ）T 1=2T 2, 1λ=2λ （D ）T 1=2T 2, 1λ=212λ 10对于室温下的双原子分子理想气体，在等压膨胀的情况下，系统对外所作的功与从外界吸收的热量之比等于［ ］（A ）1/3 （B ）1/4 （C ）2/5 （D ）2/711气缸有一定量的氮气（视为刚性分子理想气体），经过绝热压缩，体积变为原来的一半，则气体分子的平均速率变为原来的［ ］（A ）542 （B ）322 （C ）522 （D ）31212如图所示，设某一热力学系统经历一个由c →d →e 的过程.其中，ab 是一条绝热曲线，ec 在该曲线上.由热力学定律可知，该系统在过程中［ ］（A ）不断向外界放出热量 （B ）不断从外界吸收热量.（C ）有的阶段吸热，有的阶段放热，整个过程中吸收的热量等于放出的热量.（D ）有的阶段吸热，有的阶段放热，整个过程中吸收的热量大于放出的热量. （E ）有的阶段吸热，有的阶段放热，整个过程中吸收的热量小于放出的热量. 13不可逆过程指的是 ［ ］（A ）不能反向进行的过程. （B ）系统不能回复到初始状态的过程.（C ）有摩擦存在的过程或者非准静态过程. （D ）外界有变化的过程.14在温度分别为327℃和27℃的高温热源和低温热源之间工作的热机，理论上的最大效率为 ［ ］（A ）%25 （B ）%50 （C ）%75 （D ）%4.9115根据热力学第二定律判断下列哪种说法是正确的 ［ ］（A ）热量可以从高温物体传到低温物体，但不能从低温物体传到高温物体（B ）功可以全部变为热，但热不能全部变为功（C ）气体能够自由膨胀，但不能自由压缩（D ）分子运动可以自动地从无序向较为有序的状态变化.16 设高温热源的热力学温度是低温热源的热力学温度的n 倍，则理想气体在一次卡诺循环中，传给低温热源的热量是从高温热源吸取的热量的［ ］(A) n 倍 (B) 1-n 倍 (C)n 1倍 (D) nn 1+倍 17 两个完全相同的气缸内盛有同类气体，设其初始状态相同，今使它们分别作绝热压缩至相同的体积，其中气缸1内的压缩过程是非准静态过程，气缸2内的压缩过程是准静态过程，比较这两种情况的温度变化 ［ ］（A ）气缸1和2内气体的温度变化相同.（B ）气缸1内较气缸2内的气体的温度变化大.（C ）气缸1内较气缸2内的气体的温度变化小.（D ）气缸1和气缸2内的气体的温度无变化.18一定量的理想气体向真空作绝热自由膨胀，体积由V 1增至V 2，在此过程中气体的 （A ）内能减小，熵增加 （B ）内能不变，熵减少（C ）内能减小，熵不变 （D ）内能不变，熵增加 ［ ］ 19设有以下一些过程：［ ］（1）两种不同气体在等温下互相混合；（2）理想气体在定容下降温；（3）液体在等温下汽化；（4）理想气体在等温下压缩；（5）理想气体绝热自由膨胀.在这些过程中，使系统的熵增加的过程是（A ）（1）、（2）、（3） （B ）（2）、（3）、（4）（C ）（3）、（4）、（5） （D ）（1）、（3）、（5）二、填空题1 一气缸内贮有mol 10的单原子分子理想气体，在压缩过程中外界作功J 200、气体升温K 1，此过程中气体内能增量为 ，外界传给气体的热量为 .2一定量的某种理想气体在等压过程中对外作功为J 100.若此种气体为单原子分子气体，则该过程中要吸热 J ；若为双原子分子气体，则需吸热 J .3 V p -图上的一点代表____________________________________；V p -图上任意一条曲线表示______________________________．4一定量的理想气体，经绝热压缩，由状态),(11V p 变化到状态),(22V p ，在状态变化过程中，p 与35-V成正比，则在此过程中，外界对系统所作的功为=A .5已知一定量的理想气体经历T p -图上所示的循环过程，图中各过程的吸热、放热情况为：(1) 过程1－2中，气体__________； (2) 过程2－3中，气体__________； (3) 过程3－1中，气体__________．6一卡诺热机（可逆的），低温热源的温度为27℃，热机效率为40%，其高温热源温度为 K .今欲将该热机效率提高到50%，若低温热源保持不变，则高温热源的温度增加了 K.7一定量理想气体，从同一状态开始使其体积由V 1膨胀到2V 1，分别经历以下三种过程：(1) 等压过程；(2) 等温过程；(3)绝热过程．其中：__________过程气体对外作功最多；____________过程气体内能增加最多；__________过程气体吸收的热量最多．8有γ摩尔理想气体，作如图所示的循环过程acba ，其中acb 为半圆弧，a b →为等压过程，a c p p 2=，在此循环过程中气体净吸收的热量为Q )(b a T T R -γ.（填入：＞，＜或＝）p9 在大气中有一绝热气缸，其中装有一定量的理想气体，然后用电炉徐徐供热(如图所示)，使活塞(无摩擦地)缓慢上升．在此过程中，以下物理量将如何变化？(选用“变大”、“变小”、“不变”填空)(1) 气体压强______________； (2) 气体分子平均动能______________； （3）气体内能______________．10在一个孤立系统内，一切实际过程都向着______________的方向进行．这就是热力学第二定律的统计意义．从宏观上说，一切与热现象有关的实际的过程都是_____________．11热力学第二定律的克劳修斯表述为： . 热力学第二定律的开尔文表述为： .12如图，温度为0T ，02T ，03T 三条等温线与两条绝热线围成三个卡诺循环：(1) abcda ，(2) dcefd ，(3) abefa ，其效率分别为1η________，2η________，3η _________． 13 mol 1理想气体向真空膨胀的熵增量是_____________．三、计算题1若一定量的理想气体，按paV =的规律变化，a 为常数，求： （1）气体从体积1V 膨胀到2V 所作的功；（2）体积为1V 时的温度1T 与体积为2V 时的温度2T 之比.pOV 3T 02T 0T 0fad b c e2 一定质量的理想气体，开始时处于Pa p 50102.1⨯=， 3301031.8m V -⨯=，K T 3000=的初态，经过一等容过程后，温度升为K T 4501=，再经过一等温过程，压强3（4收的热量.（1（25 如图所示，容器下半部分内有kg 3100.4-⨯的氢气与标准状态下的大气平衡.不计活塞质量.若把4100.2⨯67 mol 1单原子分子理想气体循环过程的V T -图如图所示，K T c 600=，求：。