2014级物理问学案
问题中心、以学为本、先学后教、合作展评
第3节 温度与内能
【课标要求】
（1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能
大小的标志。
（2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化
而变化的定性规律。
（3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体
的内能和机械能。
【考纲要求】同上
【学习目标】同上
【重点】三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），三个物理规律（温
度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系）
【难点】分子势能随分子间距离变化的势能曲线;区分温度、内能、热量三个物
理量
【学习过程】
【自学】
1．分子的动能、温度
热现象是 无规则运动的结果，所以研究 运动
的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热
运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的 。
温度升高后分子无规则运动 。用上述分子热运动的平均动能来
说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能 。如果温度降低，
说明分子热运动的平均动能 。因此温度是物体分子热运动 动能的标志。
另一方面，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能
相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是
没有关系的。
我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而
它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。
【互学】
2．分子势能
分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的 决定
的势能，这就是分子势能。
如果分子间距离约为10-10m 数量级时，分子的作用力的合力为零，此
距离为r 0。
当分子距离小于r 0时，分子间的作用力表现为 ，要减小分子
间的距离必须克服 做功，因此，分子势能随分子间距离的减小
而 。
如果分子间距离大于r 0时，分子间的相互作用表现为 ，要增
大分子间的距离必须克服 做功，因此，分子势能随分子间的距离
增大而 。
从以上两种情况综合分析，分子间距离以r 0
为数值基准，r 不论减小或增大，分子势能都增
大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最
低点。如果分子间距离是无限远时，取分子势
能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至r 0
以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且
距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减
小，其数值将比零还小为负值。当分子间距离
设计人：闫海玲 审核人：杨广峰 时间：2016.3.25编号：09
有效问学：效率最大化、效果最佳化、效益最优化 到达r 0以后再减小，分子作用力表现为斥力，在分子间距离减小过程中，克
服斥力做功，使分子势能增大。其数值将从负值逐渐变大至零，甚至为正值。
分子势能随分子间距离r 的变化情况可以在图的图象中表现出来。从图中看
到分子间距离在r 0处，分子势能最小。
既然分子势能的大小与分子间距离有关，那么在宏观上什么物理量能反映分
子势能的大小变化情况呢？如果对于确定的物体，它的体积变化，直接反映
了分子间的距离，也就反映了分子间的势能变化。所以分子势能的大小变化
可通过宏观量体积来反映。
【展学】
3．物体的内能
（1）物体中所有分子热运动的 和 的总和，叫做
的分子组成，因此任何物体都是有内能的。
提问：哪些宏观量是分子热运动的平均动能和分子势能的标志？
一个确定的物体，分子总数是固定的，那么这物体的内能大小是由宏
观量—— 和 决定的。如果不是确定的物体，那么物
体的内能大小是由质量、温度、体积和物态来决定。
讨论题：下列各个实例中，比较物体的内能大小，并说明理由。
①一块铁由15℃升高到55℃，比较内能。
②质量是1kg50℃的铁块与质量是0.1kg50℃的铁块，比较内能。
③质量是1kg100℃的水与质量是1kg100℃的水蒸气，比较内能
【点学】
（2）物体机械运动对应着机械能，热运动对应着内能。任何物体都具有内
能，同时还可以具有机械能。例如在空中飞行的炮弹，除了具有内能，
还具有机械能——动能和重力势能。
一辆汽车的车厢内有一气瓶氧气，当汽车以 60km/h 行驶起来后，气
瓶内氧气的内能是否增加？
内能是所有分子热运动动能和分子势能之总和，而不是分子定向移动
的动能。另一方面，物体机械能增加，内能不一定增加。
【课堂检测】
1．判断下面各结论是否正确？
（1）温度高的物体，内能不一定大。
（2）同样质量的水在100℃时的内能比60℃时的内能大。
（3）内能大的物体，温度一定高。
（4）内能相同的物体，温度一定相同。
2．在标准大气压下，100℃的水吸收热量变成同温度的水蒸气的过程，
下面的说法是否正确？
（1）分子热运动的平均动能不变，因而物体的内能不变。
（2）分子的平均动能增加，因而物体的内能增加。
【作业】
A ：P19 1、2
B ：同步练习第三节习题
【学后反思】
《热力学与统计物理》练习题 一 简答题 1．单元复相系的平衡条件； 2．熵增原理 3．能量均分定理 4．热力学第一定律； 5．节流过程 6．热力学第二定律的克氏表述 计算题 1. 1 mol 理想气体，在C 0 27的恒温下体积发生膨胀，由20大气压准静态地变到1大气压。求气体所作的功和所吸的热。 2．求证 （a ）0??? ????U V S 3．试证明在相变中物质摩尔内能的变化为 (1)p dT u L T dp ?=- 如果一相是气相，可看作理想气体，另一相是凝聚相，试将公式简化。 4. 1 mol 范氏气体，在准静态等温过程中体积由1V 膨胀至2V ，求气体在过程中所作的功。 5．试证明，在相同的压力降落下，气体在准静态绝热膨胀中的温度降落大于在节流过程中的 温度降落。 6．蒸汽与液相达到平衡。设蒸汽可看作理想气体，液相的比容比气相的比容小得多，可以略而不计。以 dv dT 表在维持两相平衡的条件下，蒸汽体积随温度的变化率。试证明蒸汽的两相平衡膨胀系数为
111dv L v dT T RT ???? =- ? ????? 7. 在C 0 25下，压力在0至1000atm 之间，测得水的体积为： 3623118.0660.715100.04610V p p cm mol ---=-?+??, 如果保持温度不变，将1 mol 的水从1 atm 加压至1000 atm ，求外界所作的功。 8．试讨论以平衡辐射为工作物质的卡诺循环，计算其效率。 9．在三相点附近，固态氨的饱和蒸汽压（单位为大气压）方程为 3754 ln 18.70p T =- 液态的蒸汽压方程为 3063 ln 15.16p T =- 试求三相点的温度和压力，氨的气化热和升华热，在三相点的熔解热 10. 在C 0 0和1atm 下，空气的密度为300129.0-?cm g 。空气的定压比热 11238.0--??=K g cal C p ，41.1=γ。今有327cm 的空气， (i)若维持体积不变，将空气由C 0 0加热至C 0 20，试计算所需的热量。 (ii)若维持压力不变，将空气由C 0 0加热至C 0 20，试计算所需的热量。 11．满足C pV n =的过程称为多方过程，其中常数n 为多方指数。试证，理想气体在多方过程中的热容量n C 为 V n C n n C 1 --= γ 其中/p V C C γ= 12．写出以i T,V,n 为自变量的热力学基本等式，并证明：
2014级物理问学案 问题中心、以学为本、先学后教、合作展评 第3节 温度与内能 【课标要求】 （1）知道分子的动能，分子的平均动能，知道物体的温度是分子平均动能 大小的标志。 （2）知道分子的势能跟物体的体积有关，知道分子势能随分子间距离变化 而变化的定性规律。 （3）知道什么是物体的内能，物体的内能与哪个宏观量有关，能区别物体 的内能和机械能。 【考纲要求】同上 【学习目标】同上 【重点】三个概念（分子平均动能、分子势能、物体内能），三个物理规律（温 度与分子平均动能关系、分子势能与分子之间距离关系、热传递与功的关系） 【难点】分子势能随分子间距离变化的势能曲线;区分温度、内能、热量三个物 理量 【学习过程】 【自学】 1．分子的动能、温度 热现象是 无规则运动的结果，所以研究 运动 的动能是没有意义的。而研究大量分子热运动的动能，需要将所有分子热 运动动能的平均值求出来，这个平均值叫做分子热运动的 。 温度升高后分子无规则运动 。用上述分子热运动的平均动能来 说明，就是温度升高，分子热运动的平均动能 。如果温度降低， 说明分子热运动的平均动能 。因此温度是物体分子热运动 动能的标志。 另一方面，温度只与物体内大量分子热运动的统计意义上的平均动能 相对应，对于个别分子或几十个、几百个分子热运动的动能大小与温度是 没有关系的。 我们知道，温度这个物理量在宏观上的意义是表示物体冷热程度，而 它又是大量分子热运动平均动能大小的标志，这是温度的微观含义。 【互学】 2．分子势能 分子间存在着相互作用力，因此分子间具有由它们的 决定 的势能，这就是分子势能。 如果分子间距离约为10-10m 数量级时，分子的作用力的合力为零，此 距离为r 0。 当分子距离小于r 0时，分子间的作用力表现为 ，要减小分子 间的距离必须克服 做功，因此，分子势能随分子间距离的减小 而 。 如果分子间距离大于r 0时，分子间的相互作用表现为 ，要增 大分子间的距离必须克服 做功，因此，分子势能随分子间的距离 增大而 。 从以上两种情况综合分析，分子间距离以r 0 为数值基准，r 不论减小或增大，分子势能都增 大。所以说，分子在平衡位置处是分子势能最 低点。如果分子间距离是无限远时，取分子势 能为零值，分子间距离从无限远逐渐减少至r 0 以前过程，分子间的作用力表现为引力，而且 距离减少，分子引力做正功，分子势能不断减 小，其数值将比零还小为负值。当分子间距离
负温度状态 姓名：王军帅学号：20105052010 化学化工学院应用化学专业 指导老师：胡付欣职称：教授 摘要：通过分析负温度概念的引入，从理论上证明负温的存在，并论证实验上负温度的实现，在进步分析了负温度系统特征的基础上，引入了种新的温度表示法，使之与人们的习惯致。 关键词：负温度;熵;能量;微观粒 Negative Temperature State Abstract：The concept of negative temperature was introduced Its existence was proved theoretically and its realization in experiment also discussed after analysis of the negative temperature system characteristic，one kind of new temperature express is used in order to consistent with the common express. Key words: negative temperature; entropy; energy; microparticle 引言 温度是热学中非常重要的一个物理量，可以说任何热力学量都与温度有关.描述物体冷热程度的物理量—开尔文温度—一般都是大于零的，由热力学第三定律可知“绝对零度是不可能达到的”，也就是说自然界的低温极限是绝对零度，即-273.16℃.以OK作为坐标原点，通常意义上的温度一般就在原点的右半轴上，其范围就是零到 值总为正。那么有没有负温度呢？左半轴是不是可以用负温度来对应呢？它表示的温度是不是更低呢？此时系统的热力学性质又将会怎么样呢？这些问题激起人们对温度的疑惑与兴趣. 1.负温度概念的引入 通常所说的温度与系统微观粒子的运动状态有关，随着温度的升高，粒子的能量也升高，粒子运动就会越激烈，无序度也会增加:在低温时，高能量粒子的数目总是少于低能量粒子的数目，所以随着温度的升高，高能量粒子数目逐渐增
《热力学与统计物理》考试大纲 第一章热力学的基本定律 基本概念：平衡态、热力学参量、热平衡定律 温度，三个实验系数（α，β，）转换关系，物态方程、功及其计算，热力 学第一定律（数学表述式）热容量（C，C V，C p的概念及定义），理想气体的内能，焦耳定律，绝热过程及特性，热力学第二定律（文字表述、数学表述），可逆过程克劳修斯不等式，热力学基本微分方程表述式，理想气体的熵、熵增加原理及应用。综合计算：利用实验系数的任意二个求物态方程，熵增（ΔS）的计算。 第二章均匀物质的热力学性质 基本概念：焓（H），自由能F，吉布斯函数G的定义，全微公式，麦克斯韦关系（四个）及应用、能态公式、焓态公式，节流过程的物理性质，焦汤系数定义及热容量（Cp）的关系，绝热膨胀过程及性质，特性函数F、G，空窖辐射场的物态方程，内能、熵，吉布函数的性质。 综合运用：重要热力学关系式的证明，由特性函数F、G求其它热力学函数（如S、U、物态方程） 第三章、第四章单元及多元系的相变理论 该两章主要是掌握物理基本概念： 热动平衡判据（S、F、G判据），单元复相系的平衡条件，多元复相系的平衡条件，多元系的热力学函数及热力学方程，一级相变的特点，吉布斯相律，单相化学反应的化学平衡条件，热力学第三定律标准表述，绝对熵的概念。 统计物理部分 第六章近独立粒子的最概然分布 基本概念：能级的简并度，空间，运动状态，代表点，三维自由粒子的空 间，德布罗意关系（），相格，量子态数。 等概率原理，对应于某种分布的玻尔兹曼系统、玻色系统、费米系统的微观态 数的计算公式，最概然分布，玻尔兹曼分布律（）配分函数（），用配分函数表示的玻尔兹曼分布（）， f s，P l，P s的概念，经典配分函数（）麦态斯韦速度分布律。 综合运用： 能计算在体积V内，在动量范围P→P+dP内，或能量范围ε→ε+dε内，粒子的量子态数；了解运用最可几方法推导三种分布。 第七章玻尔兹曼统计
高中物理-温度与内能同步练习 一、选择题 1.以下说法中正确的是( ) A. 温度低的物体内能小 B. 温度低的物体内分子运动的平均速率小 C. 物体做加速运动时速度越来越大，物体内分子的平均动能也越来越大 D. 以上说法都不对 2.根据分子动理论，物质分子之间的距离为某一个值r0时，分子所受的斥力和引力相等，则此时( ) A. 分子具有最大势能 B. 分子具有最小势能 C. 引力和斥力都是最大值 D. 引力和斥力都是最小值 3.下列说法正确的是 A. 由于分子总在做无规则运动，因而分子的速率分布没有规律性 B. 物体的内能增加，温度一定升高 C. 扩散现象表明分子间不存在引力 D. 温度越高，物体分子热运动的平均动能一定越大 4.27g铝和18g的水温度相同，则下列判断种正确的是( ) A. 分子数不同，而分子的平均动能相同 B. 分子数相同，而分子的平均动能不同 C. 分子数相同，而分子的平均动能也相同 D. 分子动能相同，分子势能也相同，所以内能也相同 5.以下说法正确的是( ) A. 物体的机械能可以为零，而内能不可能为零 B. 温度相同且质量也相同的物体具有相同的内能 C. 温度越高，物体的内能越大 D. 0℃的冰的内能比等质量的0℃的水的内能大 6.对温度的描述，正确的是( ) A. 温度的高低是由人的感觉决定的 B. 物体的内能越大，则温度越高
C. 分子的平均速率大的物体的温度比分子平均速率小的物体的温度高 D. 分子的平均动能越大，物体的温度越高 7.气体内能是所有气体分子热运动动能和势能的总和，其大小与气体的状态有关，分子热运动的平均动能与分子间势能分别取决于气体的( ) A. 温度和体积 B. 体积和压强 C. 温度和压强 D. 压强和温度 8.一房间内，上午10点钟时的温度为16℃，下午2点钟时的温度为24℃，则下午2点钟与上午10点钟相比较，房间内的空气分子的平均动能( ) A. 减小 B. 增大 C. 不变 D. 无法确定 9.对于同一物体的内能,下列说法正确的是( ) A. 温度升高时,内能一定增大 B. 温度不变时,内能一定不变 C. 体积增大时,内能一定增大 D. 体积增大时,内能可能不变 10.有一铜块温度升高了,以下说法中正确的是( ) A. 铜块内所有分子的动能都增大了 B. 铜块内分子的平均动能增大了 C. 铜块内有些分子的动能可能减小了 D. 铜块内分子的平均速率增大了 二、非选择题 11.放在光滑水平面上的物体，受到一个水平方向的作用力而做匀加速直线运动．有人说：“随着物体运动加快，物体内分子的运动也加快，因此分子的平均动能增大，物体的温度升高．”这种说法是否正确？为什么？ 参考答案： 1.D 2.B 3.D 4.C 5.A A正确，因为机械能为零，但内能不能为零；B不正确，因为物体的内能由
2019-2020年高中物理选修3-3第三章热力学基础第01节内能功热量粤教版习题精选七十九 ?第1题【单选题】 关于能量，下列叙述中正确的是( ) A、每个分子的内能等于它的势能和动能的总和 B、自然界中每种物质的运动形式都有其相对应的能 C、能量发生转移或转化时，一定伴有做功的过程 D、物体的内能变化时，它的温度一定发生变化 【答案】： 【解析】： ?第2题【单选题】 一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程．设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中( ) A、外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B、外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 C、气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D、气体对外界做功，气体分子的平均动能减少
【答案】： 【解析】： ?第3题【单选题】 下列关于物体内能的说法正确的是( ) A、一切物体都具有内能 B、物体运动速度增大时，其内能一定增加 C、物体温度升高，其内能一定增加 D、物体温度不变，其内能一定不变 【答案】： 【解析】： ?第4题【单选题】 如图描绘一定质量的氧气分子分别在0℃和100℃两种情况下速率分布情况，符合统计规律的是．( )
A、 B、 C、 D、【答案】： 【解析】：
?第5题【单选题】 关于物体的内能和热量，下列说法中正确的有( ) A、热水的内能比冷水的内能多 B、温度高的物体其热量必定多，内能必定大 C、在热传递过程中，内能大的物体其内能将减小，内能小的物体其内能将增大，直到 两物体的内能相等 D、热量是热传递过程中内能转移的量度 【答案】： 【解析】： ?第6题【单选题】 如图所示，有关分子力和分子势能曲线的说法中，正确的是( )
第一章 热力学的基本规律 1.1 试求理想气体的体胀系数α，压强系数β和等温压缩系数T k 。 解：由理想气体的物态方程为 nRT PV = 可得: 体胀系数：T P nR V T V V αp 111==??? ????= 压强系数：T V nR P T P P βV 111==??? ????= 等温压缩系数：P P nRT V P V V κT 1)(112=???? ??=??? ?????= 1.2 证明任何一种具有两个独立参量P T ，的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数α及等温压缩系数T k ，根据下述积分求得：()??=dP κdT αV T ln 如果P κT αT 11==，，试求物态方程。 解： 体胀系数：p T V V α??? ????=1，等温压缩系数：T T P V V κ??? ?????=1 以P T ，为自变量，物质的物态方程为：()P T V V ,= 其全微分为：dP κV VdT αdP P V dT T V dV T T p ?=??? ????+??? ????=，dP κdT αV dV T ?= 这是以P T ，为自变量的全微分，沿任意的路线进行积分得： ()??=dP κdT αV T ln 根据题设 ，将P κT αT 1,1==，代入：???? ???=dP P dT T V 11ln 得：C p T V +=ln ln ，CT PV =，其中常数C 由实验数据可确定。 1.4 描述金属丝的几何参量是长度L ，力学参量是张力￡，物态方程是()0￡=T L f ，，，实验通常在1n p 下进行，其体积变化可以忽略。
热力学温度 绝对温度一般指热力学温度 热力学温度，又称开尔文温标、绝对温标，简称开氏温标，是国际单位制七个基本物理 量之一，单位为开尔文，简称开，（符号为K）,其描述的是客观世界真实的温度，同时也 是制定国际协议温标的基础，是一种标定、量化温度的方法。 热力学温度又被称为绝对温度，是热力学和统计物理中的重要参数之一。一般所说的绝对零度指的便是0K,对应零下摄氏度。 中文名 热力学温度 外文名 thermodynamic temperature 符号 T 单位 开尔文 提出者 威廉汤姆逊 绝对零度 理论最低温度 目录
1介绍 2热力学温度与摄氏度换算 3本质 4由来 . 5测定方法 . 6负热力学温度 介绍 热力学温标是由威廉汤姆森，第一代开尔文男爵于1848年利用热力学第二定律的推论卡诺定理引入的。 它是一个纯理论上的温标，因为它与测温物质的属性无关。符号T,单位K (开尔文，简称开)。国际单位制(S D的7个基本量之一，热力学温标的标度，符号为T o 根据热力学原理得出，测量热力学温度，采用国际实用温标。热力学温度旧称绝对温度 (absolute temperature )。单位是开尔文”英文是"Kelvin简称开”国际代号"K'但不加“° 来表示温度。开尔文是为了纪念英国物理学家Lord Kelvin而命名的。以绝对零度(0K)为最低温度，规定水的三相点的温度为，开定义为水三相点热力学温度的1/。 摄氏度为表示摄氏温度时代替开的一个专门名称。而水的三相点温度为摄氏度。因此热力学温度T与人们惯用的摄氏温度t的关系是：T ( K) =+t( C )o规定热力学温度的单位开(K)与摄氏温度的单位摄氏度( C )的平均值完全相同。所以△ T K = △T C。在表示温度差和温 度间隔时，用K和用C的值相同。 热力学温度与摄氏度换算 表达式为：T=t+273 T是热力学温标t是摄氏温标 它的由来是这样的： 一定质量的气体在体积不变的情况下温度每升高(或降低)1C增加(或减少)的压强值等于它在0C时压强的1/273用公式表示为 p=p0(1+t/273) 其中p0是0 C时气体的压强
温度与内能 初三1-8物理 一 一 §12.1新 认知目标： 了解内能是物体内所有分子无规则运动所具有的动能与势能的总和。内能增加时物体温度升高，内能减少时物体温度降低。了解做功与热传递是改变内能的方法。 了解热传递，知道热量是热传递传的热的多少。 能力目标： 理解内能的概念，热量的概念 情感目标： 通过学习用内能解释自然现象，培养学生积极用科学知识分析、解决问题的科学精神。 内能的概念，热量的概念 内能与热量的关系。 演示实验法，讲授法，讨论法 讨论法 ．烧杯、酒精灯、冷水、热水、红墨水。 ．内能演示器、乙醚、棉花、钳子、铁丝。
一、复习上节温度的有关知识 二、提出分子动理论的内容：1）所有物质都是由分子组成的，分子间有空隙。 ）物体的分子总在不停地做无规则的运动。 ）分子间存在引力和斥力。 三、提出问题：把红墨水分别倒入热水和冷水中，哪一杯水最先变红？ 通过红墨水在水中扩散的快慢与温度有关的现象，分析分子无规则运动的快慢与温度的关系。进而引出内能的概念，并得出内能变化与温度的关系。 内能：物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫这个物质的内能。 内能大小跟温度有关，当一个物质的温度升高时，该物质的内能增大。 四、通过实验观察，引导学生总结归纳改变内能方法。 空气压缩引火仪的实验 坐滑滑梯臀部会有灼热的感觉。 冬天手冷时，你会怎样做？ 改变内能的两种方法：做功热传递 其国热传递的方式有三种：热传导、热对流、辐射 五、结合上一章物态变化与本章的内能变化，引入热传递。分析热传递，归纳总结热传递作为能量转移的一种形式，
具有特定的方向性。 热传递的条件：同一物体的两个部分或两个物体间存在温度差。 热传递的方向：总是从温度高的部分把热量传给温度低的部分。 六、在分析热传递的基础上，引入热量的概念。 热量：传递能量的多少叫热量。 七、小结 八、布置作业：1．课本 完成《同步提速训练》P12-14 板书： §12.1 一、分子动理论的内容：1）所有物质都是由分子组成的，分子间有空隙。 ）物体的分子总在不停地做无规则的运动。 ）分子间存在引力和斥力。 二、内能：物体内所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和，叫这个物质的内能。 内能大小跟温度有关，当一个物质的温度升高时，该物质的内能增大。 三、改变内能的两种方法：做功热传递 改变内能的两种方法：做功热传递
内能与热力学第一定律（参考答案） 一、知识清单 1．【答案】 二、选择题 2．【答案】BDE 【解析】实际气体的内能包括分子之间相互作用的势能和分子热运动的动能，与整体的重力势能和动能均无关。改变气体内能的方式有做功和热传递。 【易错警示】本题易忽视题中所研究的为实际气体，从而错误地按理想气体模型处理，而导致漏选B。3．【答案】ACE 【解析】把物体缓慢举高，外力做功，其机械能增加，由于温度不变，物体内能不变，选项A对；物体的内能与物体做什么性质的运动没有直接关系，选项B错；电流通过电阻后电阻发热，是通过电流“做功”的方式改变电阻内能的，选项C对；根据分子间作用力的特点，当分子间距离等于r0时，引力和斥力相等，不管分子间距离从r0增大还是减小，分子间作用力都做负功，分子势能都增大，故分子间距离等于r0时分子势能最小，选项D错，E对. 4．【答案】D 5．【答案】B 【解析】根据温度是分子平均动能的标志知，温度升高，分子热运动的平均动能增大；温度降低，分子热运动的平均动能减小，选项A错误，B正确。理想气体的温度升高，内能增大；温度降低，内能减小，选项C错误。晶体熔化或凝固时温度不变，但是内能变化，熔化时吸收热量，内能增大；凝固时放出热量，内能减小，选项D错误。 6．【答案】B 【解析】解：A、所有分子动能与势能之和是物体的内能，对一个分子不能谈内能，不能比较一个水分子与一个分子的内能关系，故A错误； B、一定质量的0℃的水结成0℃的冰要释放热量，其内能一定减少，故B正确； C、分子势能与分子间分子力和分子间距离有关，与物体的位置高度无关，故C错误； D、物体内所有分子动能与势能之和是物体的内能，物体内能由物质的量、物体的温度与物体体积决定，物体内能与物体是否运动无关，故D错误； 7．【答案】ADE 【解析】对封闭气体，由题图可知a→b过程，气体体积V不变，没有做功，而温度T升高，则为吸热过程，A项正确。b→c过程为等温变化，压强减小，体积增大，对外做功，则为吸热过程，B项错误。c→a过程为等压变化，温度T降低，内能减少，体积V减小，外界对气体做功，依据W＋Q＝ΔU，外界对气体所做的功小于气体所放的热，C项错误。温度是分子平均动能的标志，T a
《热力学与统计物理》课程教学大纲 课程英文名称：Thermodynamics and Statistical Physics 课程编号：0312043002 课程计划学时：48 学分：3 课程简介： 《热力学与统计物理》课是物理专业学生的专业基础课，与理论力学、量子力学、电动力学共同构成物理专业重要的四门必修课，通常称为物理专业的四大力学课。热力学和统计物理的任务是研究热运动的规律，研究与热运动有关的物性及宏观物质系统的演化。本课程的作用是使学生掌握热力学与统计物理的基本原理和处理具体问题的一些重要方法，并初步具有用这些方法解决较简单问题的能力。 一、课程教学内容及教学基本要求 第一章热力学的基本规律 本章重点：热力学的基本规律，热力学的三个定律，掌握热力学函数内能、焓、熵、自由能、吉布斯函数的物理意义. 难点：熵增加原理的应用及卡诺循环及其效率。 本章学时:16学时 教学形式:讲授 教具:黑板，粉笔 第一节热力学系统的平衡状态及其描述 本节要求：掌握：系统、外界、子系统，系统的分类，热力学平衡态及其描述。 1系统、外界、子系统（①掌握：系统与外界概念。②了解：界面的分类。③了解：系统与子系统的相对性） 2系统的分类（掌握：孤立系、闭系、开系的概念。） 3热力学平衡态及其描述（①掌握：热力学平衡态概念。②掌握：状态参量的描述及引入。）第二节热平衡定律和温度 本节要求：掌握：热接触与热平衡，热平衡定律、温度、热平衡的传递性，存在态函数温度的数学论证，温度的测量(考核概率50%)。 1热接触与热平衡（①掌握：系统间没有热接触时系统状态参量的变化。②掌握：系统间热接触时系统状态参量的变化。） 2热平衡定律、温度、热平衡的传递性（①掌握：热平衡定律。②掌握：温度的数学论证，温标的确定及分类）（重点） 第三节物态方程
第一节温度与内能 一．基础知识 1.物体的___________叫做温度，为了能准确判断或测量温度要使用___________。 2.请指出以下各项的温度。 （1）人的正常体温是___________ （2）冰水混合物的温度是___________ （3）太阳表面的温度约___________ （4）通电的白炽灯灯丝的温度约__________ （5）冰箱内冷冻食物的温度约__________ （6）煤气灯火焰温度约_____________ 3.以下温度中最接近22℃的是（） A.健康成年人的体温 B.让人感觉温暖而舒适的房间温度 C.上海市夏季室外最热的温度 D.冰水混合物的温度 4.温度表示物体的_________，测量温度的仪器叫做_________，常用的液体温度计有__________温度计；___________温度计；___________温度计；医疗上常用___________。液体温度计的工作原理是_________________________________ 5.生产生活动常用的温度单位是___________，符号是___________；国际单位制中所采用的温标是热力学温标，它表示的温度的单位名称是___________，简称___________，符号是___________。热力学温度（T）和摄氏温度(t)的换算关系是______________________。 6.下列现象中，通过热传递改变物体内能的是（） A.用炉灶烧水，水温升高 B.用手相互摩擦，手发热 C.用锯锯木头，锯条发热 D.气体膨胀，气体温度降低 7.若两个物体之间发生了热传递，则热量是由（） A.质量大的传递给质量小的 B.热量多的传递给热量少的 C.温度高的传递给温度低的 D.内能大的传递给内能小的 二．课堂练习 1.下列温度最接近23℃的是（） A.健康成年人的体温 B.我国江南的确冬季最低温度
第一篇工程热力学 第一章基本概念 一．基本概念 系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环： 二、习题 1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗 错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度 3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为ＭＰａ，而当地大气压力为，当航行至另一海域，其真空度变化为，而当地大气压力变化为。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化 4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 （1）不考虑水的蒸发，闭口系统。 （2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换 （3）绝热系统。 图 1-1 5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。 （1）在大气压力为时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。 耗散效应 （2）在大气压力为时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。 可逆 （3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。 可逆 （4）100℃的水和15℃的水混合。 有限温差热传递 6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B 的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求: （1）真空室以及I室和II室的绝对压力； （2）表C的读数； （3）圆筒顶面所受的作用力。 图1-2 第二章热力学第一定律 一．基本概念
工程热力学和传热学 课后答案
第一篇工程热力学 第一章基本概念 一．基本概念 系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程： 可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环： 二、习题 1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗 错 2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度 3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为ＭＰａ，而当地大气压力为，当航行至另一海域，其真空度变化为，而当地大气压力变化为。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化 4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。 （1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。 （1）不考虑水的蒸发，闭口系统。 （2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换 （3）绝热系统。 图 1-1 5．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。 （1）在大气压力为时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。 耗散效应 （2）在大气压力为时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。 可逆 （3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。 可逆 （4）100℃的水和15℃的水混合。 有限温差热传递 6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为 360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求: （1）真空室以及I室和II室的绝对压力； （2）表C的读数； （3）圆筒顶面所受的作用力。 图1-2 第二章热力学第一定律 一．基本概念
一．选择（25分） 1.下列不是热学状态参量的是（ ） A.力学参量 B 。几何参量 C.电流参量 D.化学参量 2.下列关于状态函数的定义正确的是（ ) A.系统的吉布斯函数是：G=U-TS+PV B.系统的自由能是：F=U+TS C.系统的焓是：H=U-PV D.系统的熵函数是：S=U/T 3.彼此处于热平衡的两个物体必存在一个共同的物理量，这个物理量就是（ ） A.态函数 B.内能 C.温度 D.熵 4.热力学第一定律的数学表达式可写为（ ） A.W Q U U A B +=- B.W Q U U B A +=- C.W Q U U A B -=- D.W Q U U B A -=- 5.熵增加原理只适用于（ ） A.闭合系统 B.孤立系统 C.均匀系统 D.开放系统 二．填空（25分） 1.孤立系统的熵增加原理可用公式表示为（ ）。 2.热力学基本微分方程du=（ ）。
3.热力学第二定律告诉我们，自然界中与热现象有关的实际过程都是（）。 4.在S.V不变的情况下，平衡态的（）最小。 5.在T.VB不变的情形下，可以利用（）作为平衡判据。 三.简答（20分） 1.什么是平衡态？平衡态具有哪些特点？ 2.什么是开系，闭系，孤立系？ 四.证明（10分） 证明范氏气体的定容热容量只是温度的函数,与比容无关 五．计算（20分） 试求理想气体的体胀系数α，压强系数β，等温压缩系数 T K
参考答案 一.选择 1~5AACAB 二.填空 1. ds≧0 2. Tds-pdv 3. 不可逆的 4. 内能 5. 自由能判据 三．简答 1.一个孤立系统，不论其初态如何复杂，经过足够长的时间后，将会达到这样状态，系统的各种宏观性质在长时间内不发生变化，这样的状态称为热力学平衡态。 特点：不限于孤立系统 弛豫时间 涨落 热动平衡 2.开系：与外界既有物质交换，又有能量交换的系统 闭系：与外界没有物质交换，但有能量交换的系统， 孤立系：与其他物体既没有物质交换也没有能量交换的系统四．证明
浅谈初中物理中温度、热量和内能 三者间的区别与联系 神木县教研室张永强 热学是初中物理的一个重要内容，温度、热量和内能三者之间既有联系，又有区别。大多数学生学习内能的知识后，对温度、内能、热量这三个物理量的概念及相互关系不能正确理解，为帮助学生理解和应用，现将三者的区别和联系总结如下： 一、三者的区别 首先我们看三者的定义： 1、温度表示物体的冷热程度，从分子运动理论的观点来看，温度是分子热运动激烈程度的标志，对同一物体而言，温度只能说“是多少”或“达到多少”，不能说“有”“没有”或“含有”等。 2、内能是物体内部所有分子做无规则运动的动能和分子势能的总和。 内能只能说“有”，不能说“无”。只有当物体内能改变，并与做功或热传递相联系时，才有数量上的意义。 3、热量是在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少，其实质是内能的变化量。热量跟热传递紧密相连，离开了热传递就无热量可言。对热量只能说“吸收多少”或“放出多少”，不能在热量名词前加“有”或“没有”“含有”。 其次深层次的理解： 1、温度表示物体的冷热程度，它是一个状态量，所以只能说“物体的温度是多少”。两个不同状态间可以比较温度的高低。温度是不能“传递”和“转移”的，其单位是“摄氏度”。从分子动理论的观点来看，它跟物体
内部分子的无规则运动情况有关，温度越高，分子无规则运动的速度就越大，分子运动就越剧烈。可以说，温度是分子无规则运动的剧烈程度的标志，它是大量分子无规则运动的集中体现，对于个别分子毫无意义。 2、内能是能量的一种形式，它是物体内部所有分子无规则运动的动能与势能的总和。内能和温度一样，也是一个状态量，通常用“具有”等词来修饰。 内能大小与物体的质量（反映物体内部分子数的多少，影响分子的动能）、体积（反映分子间平均距离的大小，影响分子间的势能）、温度及构成物体的物质种类都有关系。一个物体温度升高时，它的内能增大，温度降低时，内能减小。温度不变时，它的内能也可能减小（想一想为什么？）同样，物体放出热量时，温度也不一定降低。 3、热量是在热传递过程中，传递能量的多少。它反映了热传递过程中，内能转移的数量，是内能转移多少的量度，是一个过程量，要用“吸收”或“放出”来表述而不能用“具有”或“含有”。热量的单位是“焦耳”。 二、三者的联系： 1、内能和温度的关系 物体内能的变化，不一定引起温度的变化。这是由于物体内能变化的同时，有可能发生物态变化。物体在发生物态变化时内能变化了，温度有时变化有时却不变化。如晶体的熔化和凝固过程，还有液体沸腾过程，内能虽然发生了变化，但温度却保持不变。温度的高低，标志着物体内部分子运动速度的快慢。 因此，物体的温度升高，其内部分子无规则运动的速度增大，分子的动能增大，因此内能也增大，反之，温度降低，物体内能减小。因此，物
温度与内能练习 1．温度和温度计 （1）温度定义:表示物体的.单位：生活中常用的温度单位是。国际单位制中，单位是. （2）温度计:常用液体温度计的原理是根据液体的性质制成的。 使用方法:A、玻璃泡全部浸入被测液体中，不要碰到或。 B、待温度计的示数后再读数。 C、读数时玻璃泡要继续留在液体中，视线与温度计内液面。 2．物体的内能 （1）定义：物体内所有分子由于而具有的，以及分子之间的总和。 （2）物体的内能与有关，同一物体温度升高时,内能。 （3）改变内能的两种途径是。 3．热量及热传递 （1）热量：物体通过的方式所改变的。 (2）热传递的条件是物体之间有，内能由向传递。 二．科学探究:物质的比热容 1．比热容 （1）定义：单位质量的某种物质所吸收的。 （2）单位：，符号：。 2．水的比热容 水的比热容是，物理意义是:1kg的水温度需吸收的热量. 3．热量的计算 （1)物体吸收热量公式:。 （2）物体放出热量公式:。 三．内燃机热机效率 1．热机：把燃料燃烧时释放的转化为的装置。 2．内燃机 （1）定义：直接在发动机内燃烧产生动力的热机。 (2）分类：常见的内燃机有和.
（3）四冲程：是指，，，. (4）能量转化:压缩冲程把转化为，做功冲程把转化成。 3．热机效率 (1）热值：某种燃料放出的热量，是燃料的一种。 （2）热机效率：热机转变为的能量与燃料所释放的能量的比值. 一．填空题 1．使用温度计时,首先要看清它的量程，然后看清它的_____________.图1中温度计的示数是。 2．热传递的条件是____________________，热传递的方式有___________、对流、辐射。 3．水的比热容是4.2×103J/(kg ·℃ 图2 0 20 图1 ℃
第一节温度与内能 (第1课时) 肥东四中王浩 教学目标： 1、知道温度的概念，知道温度的常用单位和国际单位制中的单位。 2、了解液体温度计的工作原理，熟悉使用温度计的过程，掌握它的使用方法。 3、体会对温度进行准确测量的必要性，养成采集科学准确数据的好习惯。 4、培养学生的观察能力。 教学重点：液体温度计的原理和摄氏温度的规定。 教学难点：温度计的使用。 教学用具：各种温度计各一只，演示温度计一只，三只烧杯，分别盛冷水、温水、热水。 教学过程： 一、引入新课 热现象是指物体的冷热程度有关的物理现象，例如，大家在小学科学课中学过的物体的热胀冷缩就属于热现象。我们生活中都用哪些词来形容物体的冷热程度。开水和烧红的铁块都很烫，但它们烫的程度又有很大的区别。所以，在物理学中，为了准确地描述物体的冷热程度，我们引入了温度这一概念。 二、新课教学 （一）温度 温度表示物体的冷热程度。 生活中常用的温度单位：摄氏度，符号：℃。摄氏温度是这样规定的：把冰水混合物的温度规定为0℃，沸水温度规定为100℃。0℃和100℃之间分成100等分，每一等分叫1摄氏度，写作1 ℃。例如，人体正常温度为37 ℃，读作37摄氏度。 阅读生活中和自然环境中常见的温度值（教材图12－1）。 ※热力学温度 国际单位制中采用的温标是热力学温标，这种温标的单位名称叫“开尔文”，简称“开”，符号是K。热力学温度（T）和摄氏温度（t）的关系是：T=t+273 （二）温度计 实验：请一位同学上来进行实验。 从这个实验中可知凭感觉来判断物体的温度高低是很不可靠的。要准确地测量物体的温度需要使用温度计。温度计的种类很多，有实验用温度计，家庭用的温度计--寒暑表，医用温度计--体温计，等等。
课时4温度和温标内能 [对点训练] 知识点一·热平衡与平衡态 1．(多选)关于热平衡，下列说法中正确的是() A．系统甲与系统乙达到热平衡就是它们的温度达到相同的数值 B．标准状况下冰水混合物与0 ℃的水未达到热平衡 C．量体温时体温计需和身体接触十分钟左右是为了让体温计跟身体达到热平衡 D．冷热程度相同的两系统处于热平衡状态 答案ACD 解析两系统达到热平衡时的标志是它们的温度相同，或者说它们的冷热程度相同，故A、C、D正确，B错误。 2．(多选)关于热平衡的下列说法中正确的是() A．100 ℃的水与100 ℃的水蒸气未达到热平衡 B．100 ℃的水与100 ℃的水蒸气达到热平衡 C．世界上第一个温度计(即空气温度计)是由一个细长颈的球形瓶倒插在装有红色液体的槽中，该温度计的测温物质是球形瓶中的空气 D．两个温度不同的物体相互接触，达到热平衡后，它们的比热相同 答案BC 解析达到热平衡时温度相同，或者说温度相同时就表明两系统达到了热平衡，故A错误，B正确；细管中的红色液体是用来显示球形瓶中空气的体积随温度变化情况的，测温物质是球形瓶中封闭的空气，C正确；两个温度不同的物体相互接触，达到热平衡后，它们具有相同的物理量是温度，D错误。 3．寒冷的冬天，人在室外拿铁棒和木头时，感觉到铁棒明显比木头凉，由于表示物体冷热程度的是温度，于是有人得出当时“铁棒比木头温度低”的结论，你认为他的结论对吗？ 答案不对。由于铁棒和木头都与周围的环境达到热平衡，故它们的温度是
一样的。感觉到铁棒特别凉，是因为人在单位时间内传递给铁棒的热量比传递给木头的热量多，所以他的结论不对。 知识点二·温度与温标 4．关于热力学温度和摄氏温度，下列说法中正确的是() A．某物体的摄氏温度为10 ℃，则热力学温度为10 K B．热力学温度升高1 K，对应摄氏温度升高1 ℃ C．摄氏温度升高10 ℃，对应热力学温度升高283．15 K D．热力学温度和摄氏温度对应的温标不同，两者表示的温度无法比较 答案B 解析热力学温度与摄氏温度的关系为T＝t＋273．15 K，知ΔT＝Δt，所以B 正确，C错误；10 ℃对应热力学温度283 K，A错误；两温度可以比较，D错误。 5．目前世界上最大的强子对撞机在法国和瑞士的边境建成，并投入使用。加速器工作时，需要注入约1万吨液氮对电路进行冷却，冷却的最低温度可达到零下271摄氏度，请将该温度用热力学温标来表示() A．2 K B．271 K C．4 K D．0．1 K 答案A 解析由热力学温标与摄氏温标的关系式T＝(t＋273) K和t＝－271 ℃得T＝2 K。故A项正确。 知识点三·内能 6．关于温度，下列说法正确的是() A．温度越高，分子动能越大 B．物体运动速度越大，分子总动能越大，因而物体温度也越高 C．一个分子运动的速率越大，该分子的温度越高 D．温度是大量分子无规则热运动的平均动能的标志 答案D 解析温度升高，分子的平均动能变大，而不是每个分子的动能都变大，故A 错误。物体宏观运动的速度对应的是机械能(动能)，与分子无规则热运动的平均动能无关，与物体的温度无关，B错误；温度是对大量分子集体(物体)而言的，是统计、平均的概念，对单个分子无意义，C错误，D正确。 7．(多选)如图所示为两分子系统的势能E p与两分子间距离r的关系曲线。下
命题教师： 谢国秋 程和平 刘仁臣 吕海江 焦铮 黄山学院信息工程学院《热力学与统计物理》试卷(6) 班级 学号 姓名 一、单选题（每小题4分，共4 6=24分）。 1、近独立子系统组成的复合系统的配分函数 ( ) （A ）、是子系统配分函数的和； （B ）、是子系统配分函数的差 （C ）、是子系统配分函数的积； （D ）、不能确定 2、气体的非简并条件是 ( ) （A ）、气体分子的质量极大于T k B ； （B ）、气体分子动量极大于T k B （C ）、气体分子间平均距离极大于它的热波长 （D ）、气体分子间平均距离极大于它的尺度 3、基本热力学涨落的几率分布是 ( ) （A ）、泊松分布； （B ）、正则分布
命题教师： 谢国秋 程和平 刘仁臣 吕海江 焦铮 （C ）、二项式分布； （D ）、高斯分布 4、玻尔兹曼方程讨论 ( ) （A ）、平衡态统计物理问题； （B ）、非平衡态统计物理问题 （C ）、热力学极限统计物理问题； （D ）、有限系统统计物理问题 5、由热力学基本方程dG=-SdT+Vdp 可得麦克斯韦关系 ( ) （A ）、 （B ）、 （C ）、 （D ）、 6、一级相变和二级相变的特点 ( ) （A ）、所有物理性质都发生突变 （B ）、化学势一阶偏导数发生突变为一级相变，二阶偏导数发生突变为二级相变 （C ）、只有比容发生突变的为一级相变，比热发生突变为二级相变 （D ）、只有比热发生突变的为一级相变，比容发生突变为二级相变 二、简答题（每小题7分，共7?3=21分） 1、什么是统计系综？常用的系综有哪几种？它们描写什么样的系统？相应平衡态分布如何？ V S S p V T ??? ????-=??? ????p S S V p T ??? ????=???? ????T V V S T p ??? ????=??? ????T p p S T V ???? ????-=??? ????