第十一章 | 热学
(实验：用油膜法估测分子的大小)
考点一 微观量的估算
1．分子很小 (1)直径数量级为10－10 m. (2)质量数量级为10
－27
～10
－26
kg.
2．分子数目特别大
阿伏加德罗常数N A ＝6．02×1023 mol －
1.
1．微观量：分子体积V 0、分子直径d 、分子质量m 0.
2．宏观量：物体的体积V 、摩尔体积V mol 、物体的质量m 、摩尔质量M 、物体的密度ρ. 3．关系
(1)分子的质量：m 0＝M N A ＝ρV mol
N A .
(2)分子的体积：V 0＝V mol N A ＝M
ρN A
.
(3)物体所含的分子数：N ＝V V mol ·N A ＝m ρV mol ·N A 或N ＝m M ·N A ＝ρV
M ·N A .
4．两种模型
(1)球体模型直径为d ＝ 36V 0
π.
(2)立方体模型边长为d ＝3
V 0.
特别提醒 (1)固体和液体分子都可看成是紧密堆积在一起的．分子的体积V 0＝V mol
N A
，仅适用于固体和液体，对气体不适用．
(2)对于气体分子，d ＝3
V 0的值并非气体分子的大小，而是两个相邻的气体分子之间的平均距离．
1．(2015·高考海南卷)已知地球大气层的厚度h 远小于地球半径R ，空气平均摩尔质量为M ，阿伏加德罗常数为N A ，地面大气压强为p 0，重力加速度大小为g .由此可估算得，地球大气层空气分子总数为________，空气分子之间的平均距离为________．
解析：可认为地球大气对地球表面的压力是由其重力引起的，即mg ＝p 0S ＝p 0×4πR 2，故大气层的空气总质量m ＝4πp 0R 2g ，空气分子总数N ＝m M N A ＝4πp 0N A R 2Mg .由于h ?R ，则大气层的
总体积V ＝4πR 2h ，每个分子所占空间设为一个棱长为a 的正 方体，则有Na 3
＝V ，可得分子间的平均距离a ＝3Mgh
p 0N A
.
答案：4πp 0N A R 2Mg 3Mgh p 0N A
2．空调在制冷过程中，室内空气中的水蒸气接触蒸发器(铜管)液化成水，经排水管排走，空气中水分越来越少，人会感觉干燥．其空调工作一段时间后，排出液化水的体积V ＝1.0×103 cm 3.已知水的密度ρ＝1.0×103 kg/m 3、摩尔质量M ＝1.8×10－
2 kg/mol ，阿伏加德罗
常数N A ＝6.0×1023 mol －
1.试求：(结果均保留一位有效数字)
(1)该液化水中含有水分子的总数N ； (2)一个水分子的直径d . 解析：(1)水的摩尔体积为
V mol ＝M ρ＝1.8×10－2
1.0×103 m 3/mol ＝1.8×10－5 m 3
/mol 水分子总数为
N ＝VN A V mol ＝1.0×103×10－
6×6.0×1023
1.8×10
－5
个＝3×1025个． (2)建立水分子的球体模型，有V mol N A ＝16πd 3
，可得水分子直径d ＝ 36V mol πN A
＝ 3
6×1.8×10－
53.14×6.0×10
23 m ＝4×10－10
m. 答案：(1)3×1025 个 (2)4×10
－10
m
宏观量与微观量的转换桥梁
作为宏观量的摩尔质量M mol 、摩尔体积
V mol 、密度ρ
与作为微观量的分子质量m 、每个分子的体积V 0都可通过阿伏加德罗常数联系起来．如图所示．
考点二 布朗运动与分子热运动
1．扩散现象：由于分子的无规则运动而产生的物质迁移现象．温度越高，扩散越快． 2．布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体中的固体颗粒的永不停息地无规则运动．布朗
运动反映了液体内部分子的无规则运动．颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈． 3．分子的热运动
(1)定义：分子永不停息的无规则运动． (2)因素：温度越高，分子运动越激烈．
布朗运动和热运动的比较
1．(多选)(2015·高考山东卷)墨滴入水，扩而散之，徐徐混匀．关于该现象的分析正确的是()
A．混合均匀主要是由于碳粒受重力作用
B．混合均匀的过程中，水分子和碳粒都做无规则运动
C．使用碳粒更小的墨汁，混合均匀的过程进行得更迅速
D．墨汁的扩散运动是由于碳粒和水分子发生化学反应引起的
2．(多选)(2015·自贡高三二诊)下列关于布朗运动的说法，正确的是()
A．布朗运动是液体分子的无规则运动
B．液体温度越高，悬浮粒子越小，布朗运动越剧烈
C．布朗运动是由于液体各个部分的温度不同而引起的
D．布朗运动是由液体分子从各个方向对悬浮粒子撞击作用的不平衡引起的
3．关于布朗运动，以下说法正确的是()
A．布朗运动就是液体分子的扩散现象
B．布朗运动就是固体小颗粒中分子的无规则运动，它说明分子永不停息地做无规则运动C．布朗运动是悬浮在液体中的固体小颗粒的无规则运动，它是液体分子无规则运动的反映D．扫地时，在阳光照射下，看到尘埃飞舞，这是尘埃在做布朗运动
(1)扩散现象直接反映了分子的无规则运动，并且可以发生在固体、液体、气体任何两种物质之间．
(2)布朗运动不是分子的运动，是液体分子无规则运动的反映．
考点三分子力、分子势能和物体的内能
1．分子间存在着相互作用力
(1)分子间同时存在引力和斥力，实际表现的分子力是它们的合力．
(2)引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，但斥力比引力变化得快．
2．物体的内能
(1)物体的内能等于物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和，是状态量．
(2)对于给定的物体，其内能大小由物体的温度和体积决定．
1．分子力与分子势能的比较
2.
1.(多选)两分子间的斥力和引力的合力F 与分子间距离r 的关系如图中曲线所示，曲线与r 轴交点的横坐标为r 0.相距很远的两分子在分子力作用下，由静止开始相互接近．若两分子相距无穷远时分子势能为零，下列说法正确的是( )
A ．在r >r 0阶段，F 做正功，分子动能增加，势能减小
B ．在r C ．在r ＝r 0时，分子势能最小，动能最大 D ．在r ＝r 0时，分子势能为零 E．分子动能和势能之和在整个过程中不变 2．(2014·高考北京卷)下列说法中正确的是() A．物体温度降低，其分子热运动的平均动能增大 B．物体温度升高，其分子热运动的平均动能增大 C．物体温度降低，其内能一定增大 D．物体温度不变，其内能一定不变 3.(多选)如图所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子沿x轴运动，两分子间的分子势能E p 与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示．图中分子势能的最小值为－E0.若两分子所具有的总能量为0，则下列说法中正确的是() A．乙分子在P点(x＝x2)时，加速度最大 B．乙分子在P点(x＝x2)时，加速度为零 C．乙分子在P点(x＝x2)时，其动能为E0 D．乙分子在Q点(x＝x1)时，处于平衡状态 E．乙分子的运动范围为x≥x1 (1)判断分子势能变化的两种方法 ①根据分子力做功判断：分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增加． ②利用分子势能与分子间距离的关系图线判断，如图所示． 但要注意此图线和分子力与分子间距离的关系图线形状虽然相似但意义不同，不要混淆． (2)分析物体的内能问题应当明确的两点 ①内能是对物体的大量分子而言的，不存在某个分子内能的说法． ②决定内能大小的因素为温度、体积、分子数，还与物态有关系． 考点四 实验：用油膜法估测分子的大小 1．原理与操作 2．处理与分析 (1)数据处理 ①将画有油酸薄膜轮廓的玻璃板放在坐标纸上，算出油酸薄膜的面积． ②根据油酸酒精溶液的浓度，算出一滴溶液中纯油酸的体积V ，然后根据纯油酸的体积V 和薄膜的面积S ，算出油酸薄膜的厚度d ＝V S ，即为油酸分子的直径．比较算出的分子直径， 看其数量级是否为10－10 m ，若不是10 －10 m 需重做实验． (2)注意事项 ①将所有的实验用具擦洗干净，吸取油酸、酒精和溶液的移液管要分别专用，不能混用． ②痱子粉和油酸的用量都不可太大，否则不易成功． ③油酸酒精溶液的浓度以小于0.1%为宜． ④浅盘中的水离盘口面的距离应较小，并要水平放置，以便准确地画出薄膜的形状，画线时视线应与板面垂直． ⑤要待油膜形状稳定后再画轮廓． ⑥滴油酸酒精溶液的滴口应在离水面1 cm 之内，否则油膜难于形成． (3)误差分析 ①纯油酸体积的计算引起误差． ②油膜面积的计算造成误差． a．油膜形状的画线造成误差． b．数格子所造成的误差． 1．在用油膜法测量分子直径的实验中： (1)(多选)用油膜法测量分子直径大小实验的科学依据是________． A．将油膜看成单分子油膜 B．不考虑各个油酸分子间的间隙 C．考虑各个油酸分子间的间隙 D．将油酸分子看成球形 (2)体积为10 cm3的油滴，滴在水面上展开形成单分子油膜，则油膜面积的数量级为________． A．109 cm2B．106 cm2 C．104 cm2D．102 cm2 (3)将酒精加入1 cm3的油酸中制成200 cm3的油酸酒精溶液．已知1 cm3溶液有50滴，现取1滴油酸溶液滴在水面上，随着酒精蒸发，油酸在水面上形成单分子油膜，已测得油膜层的面积为0.2 m2，由此可以估测油酸分子的直径为________cm. 答案：(1)ABD(2)A(3)5×10－8 2.在“用油膜法估测分子大小”实验中所用的油酸酒精溶液的浓度为1 000 mL溶液中有纯油酸0.6 mL，用注射器测得1 mL上述溶液为80滴，把1滴该溶液滴入盛水的浅盘内，让油膜在水面上尽可能散开，测得油酸薄膜的轮廓形状和尺寸如图所示，图中每一小方格的边长为1 cm，试求： (1)油酸薄膜的面积是________ cm2； (2)实验测出油酸分子的直径是________ m．(结果保留两位有效数字) 答案：(1)114(113～115都对)(2)6.6×10－10 [随堂反馈] 1．下列说法正确的是() A．液体中悬浮微粒的无规则运动称为布朗运动 B．液体分子的无规则运动称为布朗运动 C．物体从外界吸收热量，其内能一定增加 D．物体对外界做功，其内能一定减少 2．(2016·安顺质检)下列四幅图中，能正确反映分子间作用力f和分子势能E p随分子间距离r变化关系的图线是() 3．关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是() A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零 B．物体温度升高时，每个分子的动能都增大 C．物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多 D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高 4．在“用油膜法估测分子大小”实验中， (1)某同学操作步骤如下： ①取一定量的无水酒精和油酸，制成一定浓度的油酸酒精溶液； ②在量筒中滴入一滴该溶液，测出它的体积； ③在蒸发皿内盛一定量的水，再滴入一滴油酸酒精溶液，待其散开稳定； ④在蒸发皿上覆盖透明玻璃，描出油膜形状，用透明方格纸测量油膜的面积． 改正其中的错误是：_____________________________________________. (2)若油酸酒精溶液体积浓度为0.10%，一滴溶液的体积为4.8×10－3 mL，其形成的油膜面积为40 cm2，则估测出油酸分子的直径为________m. 答案：(1)②在量筒中滴入n滴该溶液，③在水面上先撒上痱子粉(2)1.2×10－9 5．在压强不太大、温度不太低的情况下，气体分子本身大小比分子间距小得多，可以忽略分子大小．氮气的摩尔质量为2.8×10－2 kg/mol，标准状态下摩尔体积是22.4 L. (1)估算氮气分子间距； (2)液氮的密度为810 kg/m3，假设液氮可以看成由立方体分子堆积而成，估算液氮分子间距．(保留一位有效数字) 答案：(1)3×10－9 m(2)4×10－10 m [课时作业] 一、单项选择题 1．下列关于分子运动和热现象的说法正确的是() A．气体如果失去了容器的约束就会散开，这是因为气体分子之间存在势能的缘故 B．一定量100 ℃的水变成100 ℃的水蒸气，其分子平均动能增加 C．一定量气体的内能等于其所有分子热运动动能和分子势能的总和 D．如果气体温度升高，那么每一个分子热运动的速率都增加 2．关于物体的内能，下列说法中正确的是() A．水分子的内能比冰分子的内能大 B．物体所处的位置越高，分子势能就越大，内能越大 C．一定质量的0 ℃的水结成0 ℃的冰，内能一定减少 D．相同质量的两个同种物体，运动物体的内能一定大于静止物体的内能 二、多项选择题 3．若以μ表示水的摩尔质量，V 表示在标准状态下水蒸气的摩尔体积，ρ表示在标准状态下水蒸气的密度，N A 表示阿伏加德罗常数，m 0、V 0分别表示每个水分子的质量和体积，下面关系正确的有( ) A ．N A ＝ρV m 0 B ．ρ＝μ N A V 0 C ．ρ<μ N A V 0 D ．m 0＝ μN A 4．关于分子间相互作用力的以下说法中正确的是( ) A ．当分子间的距离r ＝r 0时，分子力为零，说明此时分子间既不存在引力，也不存在斥力 B ．分子力随分子间的距离的变化而变化，当r >r 0时，随着距离的增大，分子间的引力和斥力都增大，但引力比斥力增大的快，故分子力表现为引力 C ．当分子间的距离r D ．当分子间的距离r ＝10－ 9 m 时，分子间的作用力可以忽略不计 E ．当两个分子间的距离变大时，分子引力增大，分子斥力减小 5．我国已开展空气中PM2.5浓度的监测工作．PM2.5是指空气中直径等于或小于2.5 μm 的悬浮颗粒物，其飘浮在空中做无规则运动，很难自然沉降到地面，吸入后对人体形成危害．矿物燃料燃烧是形成PM2.5的主要原因．下列关于PM2.5的说法中正确的是( ) A ．PM2.5的尺寸与空气中氧分子的尺寸的数量级相当 B ．PM2.5在空气中的运动属于分子热运动 C ．PM2.5的运动轨迹只是由大量空气分子对PM2.5无规则碰撞的不平衡决定的 D ．倡导低碳生活，减少煤和石油等燃料的使用，能有效减小PM2.5在空气中的浓度 E ．PM2.5必然有内能 三、非选择题 6．在“油膜法估测油酸分子的大小”实验中，有下列实验步骤： ①往边长约为40 cm 的浅盘里倒入约2 cm 深的水，待水面稳定后将适量的痱子粉均匀地撒在水面上． ②用注射器将事先配好的油酸酒精溶液滴一滴在水面上，待薄膜形状稳定． ③将画有油膜形状的玻璃板平放在坐标纸上，计算出油膜的面积，根据油酸的体积和面积计算出油酸分子直径的大小． ④用注射器将事先配好的油酸酒精溶液一滴一滴地滴入量筒中，记下量筒内每增加一定体积 时的滴数，由此计算出一滴油酸酒精溶液的体积． ⑤将玻璃板放在浅盘上，然后将油膜的形状用彩笔描绘在玻璃板上． 完成下列填空： (1)上述步骤中，正确的顺序是________．(填写步骤前面的数字) (2)将1 cm3的油酸溶于酒精，制成300 cm3的油酸酒精溶液；测得1 cm3的油酸酒精溶液有50滴．现取一滴该油酸酒精溶液滴在水面上，测得所形成的油膜的面积是0.13 m2.由此估算出油酸分子的直径为________m．(结果保留一位有效数字) 答案：(1)④①②⑤③(如果④放在③之前的其他位置也可)(2)5×10－10 7．已知铜的摩尔质量M＝6.4×10－2 kg/mol，铜的密度ρ＝8.9×103 kg/m3，阿伏加德罗常数N A＝6.0×1023 mol－1.试估算：(计算结果保留两位有效数字) (1)一个铜原子的质量． (2)若每个铜原子可提供两个自由电子，则3.0×10－5 m3的铜导体中有多少个自由电子？ 答案：(1)1.1×10－25 kg(2)5.0×1024个 第2讲 固体、液体与气体 考点一 固体与液体的性质 1．晶体与非晶体 2.液体的表面张力 (1)作用：液体的表面张力使液面具有收缩的趋势． (2)方向：表面张力跟液面相切，跟这部分液面的分界线垂直． (3)大小：液体的温度越高，表面张力越小；液体中溶有杂质时，表面张力变小；液体的密度越大，表面张力越大． 3．液晶的物理性质 (1)具有液体的流动性． (2)具有晶体的光学各向异性． (3)在某个方向上看，其分子排列比较整齐，但从另一方向看，分子的排列是杂乱无章的． 1．(多选)(2016·陕西高三质检)下列说法正确的是( ) A ．把一枚针轻放在水面上，它会浮在水面．这是由于水表面存在表面张力的缘故 B ．水在涂有油脂的玻璃板上能形成水珠，而在干净的玻璃板上却不能，这是因为油脂使水的表面张力增大的缘故 C ．在围绕地球飞行的宇宙飞船中，自由飘浮的水滴呈球形，这是表面张力作用的结果 D ．在毛细现象中，毛细管中的液面有的升高，有的降低，这与液体的种类和毛细管的材质有关 E ．当两薄玻璃板间夹有一层水膜时，在垂直于玻璃板的方向很难将玻璃板拉开，这是由于水膜具有表面张力的缘故 2．(多选)(2015·高考全国卷Ⅰ)下列说法正确的是() A．将一块晶体敲碎后，得到的小颗粒是非晶体 B．固体可以分为晶体和非晶体两类，有些晶体在不同方向上有不同的光学性质 C．由同种元素构成的固体，可能会由于原子的排列方式不同而成为不同的晶体 D．在合适的条件下，某些晶体可以转变为非晶体，某些非晶体也可以转变为晶体 E．在熔化过程中，晶体要吸收热量，但温度保持不变，内能也保持不变 3．(多选)(2015·高考江苏卷)对下列几种固体物质的认识，正确的有() A．食盐熔化过程中，温度保持不变，说明食盐是晶体 B．烧热的针尖接触涂有蜂蜡薄层的云母片背面，熔化的蜂蜡呈椭圆形，说明蜂蜡是晶体C．天然石英表现为各向异性，是由于该物质的微粒在空间的排列不规则 D．石墨和金刚石的物理性质不同，是由于组成它们的物质微粒排列结构不同 考点二气体压强的产生与计算 1．产生的原因 由于大量分子无规则运动而碰撞器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力，作用在器壁单位面积的压力叫作气体的压强． 2．决定因素 (1)宏观上：决定于气体的温度和体积． (2)微观上：决定于分子的平均动能和分子的密集程度． 1．平衡状态下气体压强的求法 (1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强． (2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强． (3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强． 2．加速运动系统中封闭气体压强的求法 选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解． 1.如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置，金属圆板A的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板质量为m，不计圆板与容器内壁之间的摩擦．若大气压强为p0，则封闭在容器内的气体的压强为() A ．p 0＋mg cos θ S B ．p 0cos θ＋mg S cos θ C ．p 0＋mg cos 2θ S D ．p 0＋mg S 2.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M 的汽缸，汽缸内放有一质量为m 的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S .现用水平恒力F 向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p .(已知外界大气压为p 0) 3．若已知大气压强为p 0，下图中各装置均处于静止状态，图中液体密度均为ρ，求被封闭气体的压强． 封闭气体压强的求解方法 封闭气体的压强，不仅与气体的状态变化有关，还与相关的水银柱、活塞、汽缸等物体的受力情况和运动状态有关．解决这类问题的关键是要明确研究对象，然后分析研究对象的受力情况，再根据运动情况，列研究对象的力学方程，然后解方程，就可求得封闭气体的压强． 考点三 气体实验定律及状态方程的应用 1．气体实验定律 (1)等温变化——玻意耳定律 ①内容：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p 与体积V 成反比． ②公式：p 1V 1＝p 2V 2或pV ＝C (常数)． (2)等容变化——查理定律 ①内容：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p 与热力学温度T 成正比． ②公式：p 1p 2＝T 1T 2或p T ＝C (常数)． (3)等压变化——盖—吕萨克定律 ①内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V 与热力学温度T 成正比． ②公式：V 1T 1＝V 2T 2或V T ＝C (常数)． 2．理想气体状态方程 (1)理想气体 ①宏观上讲，理想气体是指在任何温度、任何压强下始终遵从气体实验定律的气体．实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体． ②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间． (2)理想气体的状态方程 ①内容：一定质量的某种理想气体发生状态变化时，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变． ②公式：p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2 或pV T ＝C (C 是与p 、V 、T 无关的常量)． 1．理想气体状态方程与气体实验定律的关系 p 1V 1T 1 ＝ p 2V 2T 2 ??? ?? 温度不变：p 1V 1＝p 2V 2(玻意耳定律) 体积不变：p 1 T 1 ＝p 2T 2(查理定律) 压强不变：V 1 T 1 ＝V 2T 2 (盖—吕萨克定律) 2．几个重要的推论 (1)查理定律的推论：Δp ＝p 1 T 1 ΔT (2)盖—吕萨克定律的推论：ΔV ＝V 1 T 1 ΔT (3)理想气体状态方程的推论：p 0V 0T 0＝ p 1V 1T 1＋p 2V 2 T 2 ＋…. 1．(2015·高考江苏卷)给某包装袋充入氮气后密封，在室温下，袋中气体压强为1个标准大气压、体积为1 L．将其缓慢压缩到压强为2个标准大气压时，气体的体积变为0.45 L．请通过计算判断该包装袋是否漏气． 2.如图所示，一端开口的极细玻璃管开口朝下竖直立于水银槽的水银中，初始状态管内外水银面的高度差为l0＝62 cm，系统温度为27 ℃.因怀疑玻璃管液面上方存在空气，现从初始状态分别进行两次实验如下： ①保持系统温度不变，将玻璃管竖直向上提升2 cm(开口仍在水银槽液面以下)，结果液面高度差增加了1 cm； ②将系统温度升到77 ℃，结果液面高度差减小1 cm.已知玻璃管内粗细均匀，空气可看成理想气体，热力学零度可认为是－273 ℃.求： (1)实际大气压为多少cmHg? (2)初始状态玻璃管内的空气柱有多长？ 3.(2015·高考全国卷Ⅰ)如图所示，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞．已知大活塞的质量为m1＝2.50 kg，横截面积为S1＝80.0 cm2；小活塞的质量为m2＝1.50 kg，横截面积为S2＝40.0 cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l＝40.0 cm； 汽缸外大气的压强为p＝1.00×105 Pa，温度为T＝303 K．初始时大活塞与大圆筒底部相距l 2，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495 K．现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10 m/s2.求： (1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度； (2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强． 考点四气体状态变化的图象问题 1．利用垂直于坐标轴的线作辅助线去分析同质量、不同温度的两条等温线，不同体积的两条等容线，不同压强的两条等压线的关系． 例如：在图甲中，V1对应虚线为等容线，A、B分别是虚线与T2、T1两等温线的交点，可以认为从B状态通过等容升压到A状态，温度必然升高，所以T2>T1. 又如图乙所示，A、B两点的温度相等，从B状态到A状态压强增大，体积一定减小，所以V2 2．一定质量的气体不同图象的比较 1.(2014·高考福建卷)如图为一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象，它由状态A经等容过程到状态B，再经等压过程到状态C.设A、B、C状态对应的温度分别为T A、T B、T C，则下列关系式中正确的是() A．T A C．T A>T B，T B 2．一定质量的理想气体由状态A变为状态D，其有关数据如图甲所示．若状态D的压强是2×104 Pa： (1)求状态A的压强； (2)请在图乙中画出该状态变化过程的p－T图象，并分别标出A、B、C、D各个状态，不要求写出计算过程． 3．某同学利用DIS实验系统研究一定质量理想气体的状态变化，实验后计算机屏幕显示如图所示的p－t图象．已知在状态B时气体的体积V B＝3 L，求： (1)气体在状态A的压强； (2)气体在状态C的体积． 气体状态变化图象问题的分析技巧 (1)图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态，它对应着三个状态参量；图象上的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程． (2)在V－T或p－T图象中，比较两个状态的压强或体积大小，可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断．斜率越大，压强或体积越小；斜率越小，压强或体积越大． [随堂反馈] 1．(多选)下列有关物质属性及特征的说法中，正确的是() A．液体的分子势能与液体的体积有关 B．晶体的物理性质都是各向异性的 C．温度升高，每个分子的动能都增大 D．分子间的引力和斥力同时存在 E．露珠呈球状是由于液体表面张力的作用 2．(多选)2010年诺贝尔物理学奖授予安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究．他们通过透明胶带对石墨进行反复的粘贴与撕开使得石墨片的厚度逐渐减小，最终寻找到了厚度只有0.34 nm的石墨烯，是碳的二维结构．如图所示为石墨、石墨烯的微观结构，根据以上信息和已学知识判断，下列说法中正确的是() A．石墨是晶体，石墨烯是非晶体 B．石墨是单质，石墨烯是化合物 C．石墨、石墨烯与金刚石都是晶体 D．他们是通过物理变化的方法获得石墨烯的 3．(多选)(2014·高考新课标全国卷Ⅱ)下列说法正确的是() A．悬浮在水中的花粉的布朗运动反映了花粉分子的热运动 室内热环境：由室内气温、湿度、气流及壁面热辐射等因素综合而成的室内微气 感到热舒适的必要条件：人体内产生的热量与向环境散发的热量相等，即保持人体的热平衡 达到热平衡时：对流：25%-30% 辐射45%-50% 呼吸和无感蒸发25%-30% 影响人体热感的因素为：空气温度、空气湿度、气流速度、环境平均辐射温度、人体新陈代谢产热率和人体衣着状况 热环境的综合评价：1）有效温度：2）热应力指数：3）预测热感指数： 室内热环境的影响因素：室外气候因素、热环境设备影响、其他设备影响、人体活动影响 与建筑密切相关的气候要素：太阳辐射、气温、湿度、风及降水 热工设计分区：严寒地区必须充分满足冬季保温要求，一般可以不考虑夏季隔热；寒冷地区应满足冬季保温要求，部分地区兼顾夏季防热；夏热冬冷地区必须满足夏季防热要求，适当兼顾冬季保温；夏热冬暖地区必须充分满足夏季防热要求，一般不考虑冬季保温；温和地区部分地区应考虑冬季保温，一般可不考虑夏季防热。 城市区域气候特点：1）大气透明度较小，削弱了太阳辐射；2）气温较高，形成“热岛效应”；3）风速减小，风向随地而异；4）蒸发减弱、湿度变小；5）雾多、能见度差。 热岛效应：在建筑物与人口密集的大城市，由于地面覆盖物吸收的辐射较多，发热体较多，形成城市中心的温度高于郊区。改善：在城市中增加水面设置，扩大绿地面积；避免形成方形圆形城市面积设计，多采用带型城市。 建筑保温设计的综合处理原则：充分利用可再生资源；防止冷风渗透的不良影响；合理进行建筑规划设计；提高围护结构的保温性能；是房间具有良好的热特性。 导热：是由温度不同的质点（分子、原子、自由电子）在热运动中引起的热能传递现象。 导热系数λ：当材料层单位厚度的温差为1K时，在单位时间里通过1㎡表面积的热量。（W/(m*k) <0.3的为绝热材料）导热系数的影响因素：材质的影响、材料干密度的影响、材料含湿量的影响。热流强度q：单位面积、单位时间内通过该壁体的导热热量 对流是由于温度不同的各部分流体之间发生相对运动，互相掺合而传递热能。辐射热射线的传播过程叫做热辐射，通过热射线传播热能就称为辐射传热 绝对白体：凡能将辐射热全部反射的物体称为， 绝对黑体：能全部吸收的称为，吸收系数接近于1的物体近似地当作黑体。 绝对透明体或透热体：能全部透过的则称为。 全辐射本领：单位时间内在物体单位表面积上辐射的波长从0到∞范围的总能量，称作物体的，通常用E表示，单位为W/㎡。 单色辐射本领：单位时间内在物体单位表面积上辐射的某一波长的能量称为。灰体：辐射光谱曲线的形状与黑体辐射光谱曲线的形状相似，且单色辐射本领不仅小鱼黑体同波长的单色辐射本领，两者的比例为不大于1的常数。 黑度：灰体的全辐射本领与同温度下绝对黑体全辐射本领的比值称为灰体的黑度 选择性辐射体：只能吸收和发射某些波长的辐射能，并且其单色辐射本领总小于同温度黑体同波长的单色辐射本领。温室效应：用平板玻璃制作的温室能透过大量的太阳辐射热，而阻止室内长波辐射向外透射，这种现象叫温室效应。传热系数K：表示平壁的总传热能力。是指在稳定传热条件下，围护结构两侧空气温差为1K，1小时内通过1平方米面积传递的热量。 热阻：R=厚度d/导热系数λ，热阻+内外表面换热阻=总热阻，总热阻的倒数就是总的传热系数。 封闭空气间层传热：辐射散热70%，对流和导热30%。在建筑围护结构中采用封闭空气间层可以增加热阻,并且材料省、重 量轻，是一项有效而经济的技术措施； 如果技术可行，在围护结构中用一个厚 的空气间层拨入用几个薄的空气间层； 为了有效地减少空气间层的辐射热量， 可以在间层（温度较高一侧）表面涂贴 反射材料防止间层结露 材料的蓄热系数S：在建筑热工中，把半 无限厚物体表面热流波动振幅Aq0与温 度波动振幅Af的比值称为物体在谐波热 作用下的“材料的蓄热系数” 材料层热惰性指标D：表示围护结构在谐 波热作用下抵抗温度波动的能力。=R*S 绝对湿度：单位容积空气所含水蒸气重 量称绝对湿度。用f表示，单位g/m3。 相对湿度：指一定温度及大气压力作用 下，空气绝对湿度与同温同压下饱和蒸 汽量的比值，一般用 fai表示。 露点温度td：某一状态的空气，在含湿 量不变的情况下，冷却到它的相对湿度 达到100%时所对应的温度，称为该状态 的空气的露点温度。 结露（冷凝）：由于温度降到露点温度 以下，空气中水蒸气液化析出的现象 冷凝界面：最易出现冷凝，而且凝结最 严重的界面，叫做围护结构内部的冷凝 建筑保温的途径：1）建筑体形的设计， 应尽量减少外围护结构的总面积。2）围 护结构应具有足够的保温性能。3）争取 良好的朝向和适当的建筑物间距。4）增 强建筑物的密闭性，防止冷风渗透的不 利影响。5）避免潮湿、防止壁内产生冷 凝。 ．． 体形系数S=F/V：指建筑物与室外大气接 触的外表面积与其所包围的体积的比值 建筑物采暖耗热量指标：计算采暖期室 外平均温度条件下，为保持室内设计计 算温度，单位建筑面积在单位时间内消 耗的需由室内采暖设备供给的热量。单 位：W/㎡。 经济传热阻：指围护结构单位面积的建 造费用与使用费之和达到最小值时的热 围护结构保温构造形式：1保温、承重合 二为一2单设保温层3复合构造 减少窗户的传热损失：1）提高窗框的保 温性能；2）控制各向墙面的开窗面积； 3）提高气密性，减少冷凝渗透；4）提 高窗户冬季太阳辐射得热（N0.25 EW0.30 S0.35） 热桥：在围护结构中，一般都有保温性 能远低于主体部分的嵌入构件，这些构 件的传热损失比相同面积的主体部分的 热损失多，它们的表面温度也比主体部 分低，在建筑热工学中，形象的将这些 容易传热的构件或部分称为热桥。 防热途径：1）减弱室外热作用；2）窗 口遮阳；3）围护结构的隔热与散热；4） 合理组织自然通风；5）尽量减少室内余 热 室外综合温度：在一般围护结构的隔热 设计中，仅考虑太阳辐射热作用和室外 空气热作用的同时作用，并且将二者的 作用综合起来以单一值来表示，即… 相位差修正系数：temax与Imax的出现 时间不一致，室外综合温度的振幅不能 直接取两者的代数和，而应以其和乘以 系数β予以修正 太阳赤纬角δ：太阳光线与地球赤道面 所夹的圆心角。（+-23°27′范围） 太阳高度角hs：指太阳直射光线在地平 面上的投影线与地平面正南向所夹的角 南向为0°，东为负，西为正 太阳方位角As：太阳光线在地平面上的 投影与当地平面正南的夹角。 遮阳构件种类及适用方位：水平遮阳： 南向窗；垂直遮阳：东北、北、西北； 综合遮阳：东南、西南；挡板遮阳：东 西向。 外遮阳系数SD：指在照射时间内，透过 有遮阳窗口的太阳辐射热量与透过无遮 阳窗口的太阳辐射量的比值。 外保温优点:可减小热桥部位的热损失， 并防止内表面结露；防止或减少保温层 内部产生水蒸气凝结；对房屋的热稳定 性有利；保护主体结构，大大减少温度 应力变化，提高围护结构的耐久性；不 占用建筑的使用面积；适用于既有建筑 的改造。缺点；对保温材料要求较高， 要不受雨水冲刷和大气污染；构造复杂， 施工技术要求高；限制外墙装修材料。 内保温优点：不受室外气候因素的影响， 无须特殊防护；对间歇使用的建筑，室 内供热温度上升快。缺点：与外保温的 优点相对，占用室内使用面积。 防止和控制围护结构内部冷凝的措施： 合理布置材料层相对位置，保温材料应 尽量布置在蒸汽渗透通路中围护结构的 外侧，使水蒸气进难出易；在蒸汽流入 一侧设置隔汽层；在围护结构内部设置 通风间层或排泄通道；外墙内部设置封 闭空气层。 围护结构的隔热措施：隔热重点是屋顶、 西墙和东墙；外表面做浅色饰面；设置 通风架空层，如通风屋顶、通风墙等； 围护结构热工性能适应本地区的气候特 点；利用水的蒸发作用和植物对光的转 化降低建筑物温度。 自然通风的组织：建筑朝向、间距及建 筑群的布局；房间的开口与房间通风； 建筑体形与穿堂风的组织；导风构件的 设置 当量温度：当量温度反映了围护结构外 表面吸收太阳辐射热使室外热作用提高 的程度，而水平面接受的太阳辐射热量 最大 不稳定传热：通过围护结构的热流量及 围护结构的内部温度分布随时间而变 动，这种传热过程称为——。 稳态传热：指我们所研究的物体或体系， 无论是整体还是局部都保持与时间无关 的恒定温度状态或者说在传热过程中， 各点的温度都不随时间而变。 平壁总热阻：为内表面换热阻、壁体传 热阻及外表面换热阻之和。 最小总热阻：能够保证在采暖系统正常 供热及室外实际空气温度不低于室外计 算温度前提下，围护结构内表面不致低 于室内空气的露点温度。 蒸汽渗透：当室内外空气的水蒸汽含量 不等时，在围护结构的两侧就存在着水 蒸汽分压力差，水蒸汽分子将从压力较 高的一侧通过围护结构向较低的一侧渗 透扩散，这种现象称为蒸汽渗透。 时角：指太阳所在的时圈与通过南点的 时圈构成的夹 1影响人体热感觉的因素包括空气温度、 空气湿度、气流速度、环境平均辐射温 度四个物理因素和人体新陈代谢产热 率、人体衣着状况两个人为因素。 2与建筑物密切相关的气候因素为：太阳 辐射、空气温度、空气湿度、风及降水。 4建筑物自然通风，形成空气压力差的原 因包括热压作用、风压作用。 5建筑遮阳的基本形式包括水平式遮阳、 垂直式遮阳、综合式遮阳、挡板式遮阳 6建筑防热的途径包括：减弱室外热作 用、窗口遮阳、围护结构的隔热与散热、 合理的组织自然通风、尽量减少室内余 热。 1热环境的综合评价方法包括三种，即有 效温度、热应力指标、预测热感指数。 3影响材料或物质的导热系数的主要因 素有材质、干密度、含湿量。 4目前，保温构造可分为保温承重合二为 一、单设保温层、复合构造三种类型。 5湿空气的压力等于干空气的分压力、水 蒸气分压力之和。 6房间的通风包括自然通风、机械通风两 种方式。 7太阳高度角与地理纬度、赤纬角、时角 有关。 常见导热系数值 钙塑板0.049 胶合板0.17 油站防水层0.17 加气混凝土0.19 水泥膨胀珍珠岩0.26 平板玻璃0.76 石灰砂浆0.8 重砂浆砌筑粘土砖砌体0.81 水泥砂浆0.93 钢筋混凝土1.74 D的分类 一、>6.0 二、4.1~6.0 三、1.6~4.0 四、《1.5 物理公式大全——大学物理篇 第一章 质点运动学和牛顿运动定律 1.1平均速度 v = t △△r 1.2 瞬时速度 v= lim 0△t →△t △r =dt dr 1. 3速度v= dt ds = =→→lim lim △t 0 △t △t △r 1.6 平均加速度a = △t △v 1.7瞬时加速度（加速度）a= lim 0△t →△t △v =dt dv 1.8瞬时加速度a=dt dv =22dt r d 1.11匀速直线运动质点坐标x=x 0+vt 1.12变速运动速度 v=v 0+at 1.13变速运动质点坐标x=x 0+v 0t+2 1at 2 1.14速度随坐标变化公式:v 2 -v 02 =2a(x-x 0) 1.15自由落体运动 1.16竖直上抛运动 ?????===gy v at y gt v 22122 ???? ???-=-=-=gy v v gt t v y gt v v 2212 0220 0 1.17 抛体运动速度分量?? ?-==gt a v v a v v y x sin cos 00 1.18 抛体运动距离分量?? ? ??-?=?=20021sin cos gt t a v y t a v x 1.19射程 X=g a v 2sin 2 1.20射高Y=g a v 22sin 20 1.21飞行时间y=xtga —g gx 2 1.22轨迹方程y=xtga —a v gx 2 202 cos 2 1.23向心加速度 a=R v 2 1.24圆周运动加速度等于切向加速度与法向加速度矢量和a=a t +a n 1.25 加速度数值 a=2 2 n t a a + 1.26 法向加速度和匀速圆周运动的向心加速度相同 a n =R v 2 1.27切向加速度只改变速度的大小a t = dt dv 1.28 ωΦR dt d R dt ds v === 1.29角速度 dt φ ωd = 1.30角加速度 22dt dt d d φ ωα== 1.31角加速度a 与线加速度a n 、a t 间的关系 a n =222)(ωωR R R R v == a t =αω R dt d R dt dv == 牛顿第一定律：任何物体都保持静止或匀速直线运动 状态，除非它受到作用力而被迫改变这种状态。 牛顿第二定律：物体受到外力作用时，所获得的加速度a 的大小与外力F 的大小成正比，与物体的质量m 成反比；加速度的方向与外力的方向相同。 1.37 F=ma 牛顿第三定律：若物体A 以力F 1作用与物体B ，则同时物体B 必以力F 2作用与物体A ；这两个力的大小相等、方向相反，而且沿同一直线。 万有引力定律：自然界任何两质点间存在着相互吸引力，其大小与两质点质量的乘积成正比，与两质点间的距离的二次方成反比；引力的方向沿两质点的连线 1.39 F=G 2 2 1r m m G 为万有引力称量=6.67× 1、在热量的传递过程中，物体温度不同部分相邻分子发生碰撞和自由电子迁移所引起的能量传递称为（C）。a.辐射； b.对流； c.导热； d.传热。 2、绝热材料的导热系数λ为（C）。 a.小于0.45W/(m.K)； b.小于0.35W/(m.K)； c.小于0.25W/(m.K)； d.小于0.15W/(m.K)。 3、把下列材料的导热系数从低到高顺序排列，哪一组是正确的？Ⅰ、钢筋混凝土；Ⅱ、水泥膨胀珍珠岩；Ⅲ、平板玻璃；Ⅳ、重沙浆砌筑粘土砖砌体；Ⅴ、胶合板（ B ）。 a. Ⅱ、Ⅴ、Ⅰ、Ⅳ、Ⅲ； b. Ⅴ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅰ； c. Ⅰ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅱ、Ⅴ； d. Ⅴ、Ⅱ、Ⅳ、Ⅲ、Ⅰ。 4、下列陈述哪些是不正确的？（ B ） a.铝箔的反射率大、黑度小； b.玻璃是透明体； c.浅色物体的吸收率不一定小于深颜色物体的吸收率； d.光滑平整物体的反射率大于粗糙凹凸物体的反射率。 5、白色物体表面与黑色物体表面对于长波热辐射的吸收能力。（ D ） a.白色物体表面比黑色物体表面弱； c.相差极大； b.白色物体表面比黑色物体表面强； d.相差极小。 6、在稳定传热状态下当材料厚度为1m两表面的温差为1℃时，在一小时内通过1m2截面积的导热量，称为（ D ）。 a.热流密度b.热流强度c.传热量；d.导热系数 7、当空气中实际含湿量不变，即实际水蒸气分压力p不变，下列叙述错误的是（BD ） a.空气温度降低时，相对湿度将逐渐增高； b.空气温度降低时，相对湿度将逐渐降低； c.空气温度升高时，相对湿度将降低； d.空气温度降低时，相对湿度不变。 8、人感觉最适宜的相对湿度应为：（ C ） a. 30~70 % ； c. 50~60% ； b. 40~70% ； d. 40~50% 。 10．空气的绝对湿度 B 反映空气的潮湿程度。（a.能；b.不能） 11．下列各量的单位是：对流换热系数αB ；热阻R A 。（a.m2K/W；b.W/m2K）12．人体正常热平衡是指对流换热约25%-30；辐射换热约占45%-50%，蒸发散热约占25%-30% 。 一、选择题 1．一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 。根据理想气体的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 (A) m kT x 32= v (B) m kT x 3312 =v (C) m kT x /32 =v (D) m kT x /2=v 2．一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 方向的分量的平均值 (A) m kT π8= x v (B) m kT π831= x v (C) m kT π38=x v (D) =x v 0 3．温度、压强相同的氦气和氧气，它们分子的平均动能ε和平均平动动能w 有如下关系：(A) ε和w 都相等 (B) ε相等，w 不相等 (C) w 相等，ε不相等 (D) ε和w 都不相等 4．在标准状态下，若氧气(视为刚性双原子分子的理想气体)和氦气的体积比V 1 / V 2=1 / 2 ，则其内能之比E 1 / E 2为： (A) 3 / 10 (B) 1 / 2 (C) 5 / 6 (D) 5 / 3 5．水蒸气分解成同温度的氢气和氧气，内能增加了百分之几(不计振动自由度和化学能)？ (A) 66.7％ (B) 50％ (C) 25％ (D) 0 6．两瓶不同种类的理想气体，它们的温度和压强都相同，但体积不同，则单位体积内的气体分子数n ，单位体积内的气体分子的总平动动能(E K /V )，单位体积内的气体质量ρ，分别有如下关系： (A) n 不同，(E K /V )不同，ρ不同 (B) n 不同，(E K /V )不同，ρ相同 (C) n 相同，(E K /V )相同，ρ不同 (D) n 相同，(E K /V )相同，ρ相同 7．一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们 (A) 温度相同、压强相同 (B) 温度、压强都不相同 (C) 温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强 (D) 温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强 8．关于温度的意义，有下列几种说法：(1) 气体的温度是分子平均平动动能的量度；(2) 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义；(3) 温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同；(4) 从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度。这些说法中正确的是 (A) (1)(2)(4)；(B) (1)(2)(3)；(C) (2)(3)(4)；(D) (1)(3) (4)； 9．设声波通过理想气体的速率正比于气体分子的热运动平均速率，则声波通过具有相同温度的氧气和氢气的速率之比2 2 H O /v v 为 (A) 1 (B) 1/2 (C) 1/3 (D) 1/4 10．设图示的两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线；令 ()2 O p v 和 ()2 H p v 分别 热 学 公 式 1．理想气体温标定义：0 273.16lim TP p TP p T K p →=?（定体） 2．摄氏温度t 与热力学温度T 之间的关系：0 //273.15t C T K =- 华氏温度F t 与摄氏温度t 之间的关系：9325 F t t =+ 3．理想气体状态方程：pV RT ν= 1mol 范德瓦耳斯气体状态方程：2()()m m a p V b RT V + -= 其中摩尔气体常量8.31/R J mol K =?或2 8.2110/R atm L mol K -=??? 4．微观量与宏观量的关系：p nkT =，23kt p n ε= ，32 kt kT ε= 5．标准状况下气体分子的数密度（洛施密特数）2530 2.6910/n m =? 6．分子力的伦纳德-琼斯势：12 6 ()4[()()]p E r r r σ σ ε=-，其中ε为势阱深度， 6 2 r σ= ，特别适用于惰性气体，该分子力大致对应于昂内斯气体； 分子力的弱引力刚性球模型（苏则朗模型）：06 000, ()(), p r r E r r r r r φ+∞ 建筑物理热学 ---总复习资料 考试安排 考试时间：2014-01-10 (15:00-17:00) 考试地点：开元公教5-502 考试必备：带水笔、铅笔、橡皮，学生证、一卡通等 学院：建筑学院 班级：建筑学111班 姓名： 学号： 总复习 题型 单选（4*10=40）名词解释（6*3=18）简答（12+15+15=42）重点考察对知识的理解和综合运用能力 复习框架： 1.人、建筑、气候 2.传热基本知识 3.建筑保温 4.自然通风 5.绿色建筑 热舒适 影响人体热舒适性的因素 人的热舒适性受到环境因素的影响，包括环境物理状况和人的衣着状态与活动状态。 环境物理状况 与人的热舒适密切相关的环境因素包括空气温度、空气湿度、空气流动（风速）和平均辐射温度。 空气温度对人体的舒适感最为重要。 室内最适宜的温度是20 ℃ ~24 ℃。在人工空调环境下，冬季控制在16 ℃~22 ℃，夏季控制在24℃~28 ℃，能耗比较经济，同时又比较舒适。 空气湿度 空气湿度是指空气中含有水蒸气的量。在舒适性方面，湿度直接影响人的呼吸器官和皮肤出汗，影响人体的蒸发散热。 一般认为最适宜的相对湿度为50%~60%。 空气流动（风） 改变风速是改善热舒适的有效方法。舒适的风速随温度变化而变化。在一般情况下， 令人体舒适的气流速度应小于0.3m/s。（夏季自然通风房间和高温高湿地区建筑较大 平均辐射温度 周围环境中的各种物体与人体之间都存在辐射热交换，可以用平均辐射温度来评价。 人通过辐射从周围环境得热或失热。当人体皮肤温度低时，可以从高温物体辐射得热，而低温物体将对人体产生“冷辐射”。 室外气候因素 ?我国太阳辐射、大气透明度、温度等因素随地区的变化 ?了解本地的气候特点（如风玫瑰图） ?城市规划和建筑设计都要考虑风的影响。 ?思考题 为了避免城市重大火灾的发生，城市中的燃气供应站的布局有什么要求？为什么？ 建在城市的边缘且在最小风频的上风向，并与相邻单位或居民点有足够的间距。 这样布局一是外来的可燃物和火种进入燃气供应站的概率较小；二是一旦起火，由于 缺少蔓延成灾的客观条件，对四邻的威胁较小，可以避免出现“火烧连营”的现象。 城市气候的基本特征 –太阳辐射减弱（大气污染大气透明度差） –城区气温偏高——城市热岛 –城区降水增多——城市雨岛 –城区蒸发弱，空气湿度小——城市干岛 –城区的风速小，风向不稳定 –城区的雾日增多 –城市上空积聚的暖空气团，在天气静稳（晴朗无风或微风）情况下得以维持，形成城、郊气温有明显差异，该现象称为“城市热岛”。 夏季，城市局部地区的气温，能比郊区高4℃甚至更多，形成高强度的热岛。 热 学 公 式 1.理想气体温标定义:0 273.16lim TP p TP p T K p →=?(定体) 2.摄氏温度t 与热力学温度T 之间的关系:0 //273.15t C T K =- 华氏温度F t 与摄氏温度t 之间的关系:9325 F t t =+ 3.理想气体状态方程:pV RT ν= 1mol 范德瓦耳斯气体状态方程:2 ()()m m a p V b RT V + -= 其中摩尔气体常量8.31/R J mol K =?或2 8.2110/R atm L mol K -=??? 4.微观量与宏观量的关系:p nkT =,23kt p n ε= ,3 2kt kT ε= 5.标准状况下气体分子的数密度(洛施密特数)253 0 2.6910/n m =? 6.分子力的伦纳德-琼斯势:12 6 ()4[()()]p E r r r σ σ ε=-,其中ε为势阱深度 , σ= ,特别适用于惰性气体,该分子力大致对应于昂内斯气体; 分子力的弱引力刚性球模型(苏则朗模型):06 000, ()(), p r r E r r r r r φ+∞ 、选择题 1．一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 。根据理想气体的分子模型和统 计假设，分子速度在 x 方向的分量平方的平均值 2．一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 方向的分量的平均值 都相等 (B) 相等， w 不相等 (C) w 相等， 不相等 4．在 标准状态下，若氧气 (视为刚性双原子分子的理想气体 比 E 1 / E 2 为： (A) 3 / 10 (B) 1 / 2 (C) 5 / 6 (D) 5 / 3 5．水蒸气分解成同温度的氢气和氧气，内能增加了百分之 几 (A) 66.7％ (B) 50％ (C) 25％ (D) 0 6．两瓶不同种类的理想气体，它们的温度和压强都相同，但体积不同，则单位体积内的气体分子数 n ， 单位体积内的气体分子的总平动动能 (E K /V)，单位体积内的气体质量 ，分别有如下关系： (A) n 不同， (E K /V)不同， 不同 (B) n 不同，(E K /V)不同， 相同 (C) n 相同， (E K /V)相同， 不同 (D) n 相同， (E K /V)相同， 相同 7．一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们 (A) 温度相同、压强相同 (B) 温度、压强都不相同 (C) 温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强 (D) 温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强 8．关于温度的意义，有下列几种说法： (1) 气体的温度是分子平均平动动能的量度； (2) 气体的温度是 大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义； (3) 温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不 同； (4) 从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度。这些说法中正确的是 (A) (1)(2)(4) ； (B) (1)(2)(3) ； (C) (2)(3)(4)；(D) (1)(3) (4)； 9．设声波通过理想气体的速率正比于气体分 子的热运动平均速率，则声波通过具有相同温度的氧气和 氢气的速率之比 vO 2 /v H 2 为 (A) 1 (B) 1/2 (C) 1/3 (D) 1/4 10．设图示的两条曲线分别表示在相同温度下氧气和氢气分子的速率分布曲线；令 v p O 2 和 vp H 2 分别 (A) v x 3k m T 2 1 3kT v x 2 (B) 3 m (C) v x 3kT/m 2 (D) v x kT /m 1 8kT 8kT 8kT 1 8kT v x v x (A) m (B) 3 m (C) 3 m 3．温度、压强相同的氦气和氧气，它们分子的平均动v x (D) v x 0 和平均平动动能 w 有如下关系： (A) 和 w (D) 和w 都不相等 )和氦气的体积比 V 1 / V 2=1 / 2 ，则其内能之 (不计振动自由度和化学能 )？ 热力学的基本定律 摘要 关于热力学，它其实是一个既复杂又简单的物理问题，我们在大学暂时学了大学物理、固体物理、统计物理。下面我就以统计物理中的热力学为题，为大家具体解读一下热力学。热力学是从18世纪末期发展起来的理论,主要是研究功与热之间的能量转换.在此功定义为力与位移的内积；而热则定义为在热力系统边界中,由温度之差所造成的能量传递.两者都不是存在於热力系统内的性质,而是在热力过程中所产生的. 关键字：热力学；焦耳定律；稳定平衡 1、热力学第一定律（the first law of thermodynamics）就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律，表达式为Q=△U+W。表述形式：热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。该定律经过迈耳 J.R.Mayer、焦耳 T.P.Joule等多位物理学家验证。热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。十九世纪中期，在长期生产实践和大量科学实验的基础上，它才以科学定律的形式被确立起来。 19世纪初，由于蒸汽机的进一步发展，迫切需要研究热和功的关系，对蒸汽机“出力”作出理论上的分析。所以热与机械功的相互转化得到了广泛的研究。埃瓦特（Peter Ewart，1767—1842）对煤的燃烧所产生的热量和由此提供的“机械动力”之间的关系作了研究，建立了定量联系。 热力学第一定律是对能量守恒和转换定律的一种表述方式。[9]表征热力学系统能量的是内能。通过作功和传热，系统与外界交换能量，使内能有所变化。根据普遍的能量守恒定律，系统由初态Ⅰ经过任意过程到达终态Ⅱ后，内能的增量应等于在此过程中外界对系统传递的热量Q 和系统对外界作功A之差，即或 这就是热力学第一定律的表达式。如果除作功、传热外，还有因物质从外界进入系统而带入的能量Z， 则应为。当然，上述、W、Q、Z均可正可负（使系统能量增加为正、减少为负）。对于无限小过程，热力学第一定律的微分表达式为。因U是状态函数，是全微分；Q、W是过程量，和 只表示微小量并非全微分，用符号以示区别。又因Δ U或dU只涉及初、终态，只要求系统初、终态是平衡态，与中间状态是否平衡态无关。对于准静态过程，有。热力学第一定律的另一种表述是：第一类永动机是不可能造成的。这是许多人幻想制造的能不断地做功而无需任何燃料和动力的机器，是能够无中生有、源源不断提供能量的机器。显然，第一类永动机违背能量守恒定律。 第一讲习题建筑热环境基础知识 1建筑热环境设计目标的目标是什么？健康，舒适，高效，以最好的能源消耗提供最舒适，见看的工作和居住环境，提高生活质量。 2、传热基本方式有哪几种？导热、对流、辐射 3、什么是温度场、温度梯度、热流密度？温度场：在任一瞬间，物体内各点温度分布的总称。温度梯度：在温度场中，温度在空间上改变的大小程度。热流线：与等温线垂直，且指向温度降低的方向 4、影响导热系数数值的因素有哪些？物质的种类（液体、气体、固体）、结构成分、密度、湿度、压力、温度等 5、辐射换热的特点？1.能在真空中进行2.高温物体向低温物体辐射能量的同时，低温物体也能向高温物体辐射能量，若处于热平衡状态，辐射和吸收等过程仍不停进行，净辐射换热量等于零。 3.程中伴随有能量形式的转换 4.辐射和吸收等都具有波长的选择性，即只能辐射和吸收一定波长的能量 6、什么是反射系数γ、吸收系数ρ、透射系数τ？反射系数，在传输线相交结点处反射波电压与入社波电压之比 垂直于光束方向的水层元内单位厚度的吸收 是透过材料或介质的光通量或辅通量与入射通量之比 7、什么是黑体、白体、灰体？黑体：对外来辐射全吸收的物体，ρ＝１ 白体：对外来辐射全反射的物体，γ＝１ 透明体：对外来辐射全透过的物体τ＝１ 灰体：自然界中介于黑体与白体之间的不透明物体。建筑材料多数为灰体。 8、试叙述玻璃的温室效应 玻璃温室是因为太阳辐射主要的形式是短波辐射（波长较短的紫外线），射到地面后产生热量变为了长波辐射（波长较长的红外线），而玻璃能够阻挡长波辐射进出，使得室内环境温度不断上升。 9、描述湿空气的物理量有哪些？饱和水蒸气分压力实际水蒸气分压力绝对温度相对温度露点温度 10、什么是露点温度（t d）？露点温度指空气在水汽含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度 11、室内热环境构成要素：以人的热舒服程度为评价标准；人的热舒服受环境影响的因素有哪些？室内空气温度▲空气湿度▲气流速度（室内风速）▲环境辐射温度（室内热辐射） 12、作为室内规定的计算温度是：冬季室内气温一般应在16 ~ 22 ℃，夏季空调房间的气温多规定为24~ 28 ℃。 13、一般认为最适宜的相对湿度应为50% ~ 60% 。在大多数情况下，即气温在16~25℃时、相对湿度在30% ~ 70% %范围内变化，对人体的热感觉影响不大 14、什么叫“负荷热平衡”？人体依靠自身一定范围的生理代谢调节机能，在环境过热或过冷状况下所保持的人体热平衡，称为“负荷热平衡” 15、干热地区的拱顶和穹顶建筑有何优点？可以增加室内的高度和屋顶的面积，使室内比较宽亮，也使屋顶吸收的平均热量下降，夜晚的冷风客气轻易地带走穹顶表面的热量使其迅速冷却，另外穹顶相互遮挡的特点，是一部分屋顶处于阴影区吗，减少向室内的传热量，夏季屋顶包裹在青枝绿叶中，既美观又减少屋顶的太阳热辐射 16、结合气候设计的五大要素是什么？ 1.空气温度 2. 太阳辐射 3. 大气湿度 4. 气压与风 5. 凝结与降水 17、什么是太阳常数？ 大学物理热学试题题库及答案 一、选择题：（每题3分） 1、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n1，它产生的压强为p1，B种气体的分子数密度为2n1，C种气体的分子数密度为3n1，则混合气体的压强p为 (A) 3 p1．(B) 4 p1． (C) 5 p1．(D) 6 p1．［］ 2、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为玻尔兹曼常量，R为普适气体常量，则该理想气体的分子数为： (A) pV / m．(B) pV / (kT)． (C) pV / (RT)．(D) pV / (mT)．［］ 3、有一截面均匀的封闭圆筒，中间被一光滑的活塞分隔成两边，如果其中的一边装有0.1 kg 某一温度的氢气，为了使活塞停留在圆筒的正中央，则另一边应装入同一温度的氧气的质量为： (A) (1/16) kg．(B) 0.8 kg． (C) 1.6 kg．(D) 3.2 kg．［］ 4、在标准状态下，任何理想气体在1 m3中含有的分子数都等于 (A) 6.02×1023．(B)6.02×1021． (C) 2.69×1025(D)2.69×1023． (玻尔兹曼常量k＝1.38×10-23 J·K-1 ) ［］ 5、一定量某理想气体按pV2＝恒量的规律膨胀，则膨胀后理想气体的温度 (A) 将升高．(B) 将降低． (C) 不变．(D)升高还是降低，不能确定．［］ 6、一个容器内贮有1摩尔氢气和1摩尔氦气，若两种气体各自对器壁产生的压强分别为p1和p2，则两者的大小关系是： (A) p1> p2．(B) p1< p2． (C) p1＝p2．(D)不确定的．［］ 7、已知氢气与氧气的温度相同，请判断下列说法哪个正确？ (A) 氧分子的质量比氢分子大，所以氧气的压强一定大于氢气的压强． (B) 氧分子的质量比氢分子大，所以氧气的密度一定大于氢气的密度． (C) 氧分子的质量比氢分子大，所以氢分子的速率一定比氧分子的速率大. (D) 氧分子的质量比氢分子大，所以氢分子的方均根速率一定比氧分子的方均根速率大．［］ 8、已知氢气与氧气的温度相同，请判断下列说法哪个正确？ (A) 氧分子的质量比氢分子大，所以氧气的压强一定大于氢气的压强． (B) 氧分子的质量比氢分子大，所以氧气的密度一定大于氢气的密度． 高中物理热学公式高中物理光学和热学的知识 点口诀 气态方程研究气体定质量，确定状态找参量。绝对温度用大T，体积就是容积量。 压强分析封闭物，牛顿定律帮你忙。状态参量要找准，PV比T是恒量。 热力学定律 1.第一定律热力学，能量守恒好感觉。内能变化等多少，热量做功不能少。 正负符号要准确，收入支出来理解。对内做功和吸热，内能增加皆正值;对外做功和放热，内能减少皆负值。 2.热力学第二定律，热传递是不可逆，功转热和热转功，具有方向性不逆。 机械振动1.简谐振动要牢记，O为起点算位移，回复力的方向指，始终向平衡位置，大小正比于位移，平衡位置u大极。 2.O点对称别忘记，振动强弱是振幅，振动快慢是周期，一周期走4A路，单摆周期l比g，再开方根乘2p，秒摆周期为2秒，摆长约等长1米。 3.振动图像描方向，从底往顶是向上，从顶往底是下向;振动图像描位移，顶点底点大位移，正负符号方向指。 机械波1.左行左坡上，右行右坡上。峰点谷点无方向。 2.顺着传播方向吧，从谷往峰想上爬，脚底总得往下蹬，上 下振动迁不动。 3.不同时刻的图像，Δt四分一或三，质点动向疑惑散，S等vt派用场。 光学1.自行发光是光源，同种均匀直线传。若是遇见障碍物，传播路径要改变。 反射折射两定律，折射定律是重点。光介质有折射率，(它的)定义是正弦比值，还可运用速度比，波长比值也使然。 2.全反射，要牢记，入射光线在光密。入射角大于临界角， 折射光线无处觅。 物理光学1.光是一种电磁波，能产生干涉和衍射。衍射有单缝和小孔，干涉有双缝和薄膜。单缝衍射中间宽，干涉(条纹)间 距差不多。小孔衍射明暗环，薄膜干涉用处多。它可用来测工， 还可制成增透膜。泊松亮斑是衍射，干涉公式要把握。〖选修3-4〗2.光照金属能生电，入射光线有极限。光电子动能大和小，与光子频率有关联。光电子数目多和少，与光线强弱紧相连。光电 效应瞬间能发生，极限频率取决逸出功。 动量1.确定状态找动量，分析过程找冲量，同一直线定方向，计算结果只是“量”，某量方向若未定，计算结果给指明。 2.确定状态找动量，分析过程找冲量，外力冲量若为零，初 态末态动量同。 第一章刚体转动1名词解释： a刚体在任何情况下大小、形状都保持不变的物体. b力矩给定点到力作用线任意点的向径和力本身的矢积，也指力对物体产生转动效应的量度，即力对一轴线或对一点的矩。 c转动惯量反映刚体的转动惯性大小 d进动自转物体之自转轴又绕着另一轴旋转的现象，又可称作旋进 2填空： (1) 刚体转动的运动学参数是角速度、角位移、角加速度。 (2) 刚体转动的力学参数是转动惯量、力矩。 (3) 陀螺在绕本身对称轴旋转的同时，其对称轴还将绕力矩回转，这种回转现象称为进动。 3. 问答： (1) 有一个鸡蛋不知是熟还是生，请你判断一下，并说明为什么？ 熟鸡蛋内部凝结成固态，可近似为刚体，使它旋转起来后对质心轴的转动惯量可以认为是不变的常量，鸡蛋内各部分相对转轴有相同的角速度，因桌面对质心轴的摩擦力矩很小，所以熟鸡蛋转动起来后，其角速度的减小非常缓慢，可以稳定地旋转相当长的时间。 生鸡蛋内部可近似为非均匀分布的流体，使它旋转时，内部各部分状态变化的难易程度不相同，会因为摩擦而使鸡蛋晃荡，转动轴不稳定，转动惯量也不稳定，使它转动的动能因内摩擦等因素的耗散而不能保持，使转动很快停下来。 (2) 地球自转的角速度方向指向什么方向？作图说明。 (3) 中国古代用指南针导航，现代用陀螺仪导航，请说明陀螺仪导航的原理。 当转子高速旋转之后，对它不再作用外力矩，由于角动量守恒，其转轴方向将保持恒定不变，即把支架作任何转动，也不影响转子转轴的方向。 (4) 一个转动的飞轮，如果不提供能量，最终将停下来，试用转动定律解释该现象。 由转动定律可知M=Jdw/dt转动着的轮子一般总会受到阻力矩的作用，若不加外力矩，克服阻力矩做功，轮子最终会停下来（受阻力矩作用W越来越小） 欢迎阅读 一、质点力学基础： （一）基本概念： 1、参照系，质点 2、矢径：k z j y i x r ???++= 3、位移：()()()k z z j y y i x x k z j y i x r r r ??????12121212-+-+-=++=-=???? 4、速度：k dt dz j dt dy i dt dx k j i dt r d t r z y x t ??????lim ++=++===→υυυ??υ? 5、加速度：k dt d j dt d i dt d k a j a i a dt r d dt d t a z y x z y x t ??????lim υυυυ?υ??++=++====→220 6、路程，速率 7、轨迹方程：0=),,(z y x f 8、运动方程：)(t r r =， 或 )(t x x =， )(t y y =， )(t z z = 9、圆周运动的加速度：t n a a a +=； 牛顿定律：a m dt p d F ==； 法向加速度：R a n 2 υ= ； 切向加速度：dt d a t υ= 10、角速度：dt d θ ω= 11、加速度：22dt d dt d θωα== 二、质点力学中的守恒定律： （一）基本概念： 1、功：??=?=b a b a dl F l d F A θcos 2、机械能：p k E E E += 3、动能：22 1 υm E k = 4、势能：重力势能：mgh E p =； 弹性势能：221kx E p =； 万有引力势能：r Mm G E p -= 5、动量： υ m p =； 6、冲量 ：??=t dt F I 0 7、角动量：p r L ?=； 8、力矩：F r M ?= （二）基本定律和基本公式： 1、动能定理：2 0202 121υυm m E E A k k -= -=外力 （对质点） ∑∑-=-=+i i i k i k k k E E E E A A 00内力外力 （对质点系） 2、功能原理表达式：)()(000p k p k E E E E E E A A +-+=-=+非保守内力外力 选修 3-3 热学知识点归纳 一、分子运动论 1. 物质是由大量分子组成的 （1）分子体积 分子体积很小，它的直径数量级是 （2）分子质量 分子质量很小，一般分子质量的数量级是 （3）阿伏伽德罗常数（宏观世界与微观世界的桥梁） 1 摩尔的任何物质含有的微粒数相同，这个数的测量 值： 设微观量为：分子体积 V 0、分子直径 d 、分子质量 m ； 宏观量为：物质体积 V 、摩尔体积 V 1、物质质量 M 、摩尔质量 μ 、物质密度 ρ． 分子质量： 对气体， V 0 应 为气体分子平均占据的空间大小） 分子直径 d=3 6N V =2 3 6V0 （固体、 液体一般用此模型） M V M V 分子的数量． n N A N A N A N A 2 分子永不停息地做无规则热运动 （1）分子永不停息做无规则热运动的实验事实：扩散现象和布郎运动。 （2）布朗运动 布朗运动是悬浮在液体 （或气体） 中的固体微粒的无规则运动。 布朗运动不是分子本身的 运动，但它间接地反映了液体（气体）分子的无规则运动。 （3）实验中画出的布朗运动路线的折线，不是微粒运动的真实轨迹。 因为图中的每一段折线，是每隔 30s 时间观察到的微粒位置的连线，就是在这短短的 30s 内，小颗粒的运动也是极不规则的。 （4）布朗运动产生的原因 大量液体分子 （或气体） 永不停息地做无规则运动时， 对悬浮在其中的微粒撞击作用的 不平衡性是产生布朗运动的原因。简言之：液体（或气体） 分子永不停息的无规则运动是产 生布朗运动的原因。 （5）影响布朗运动激烈程度的因素 立方体模型 : d = 3 V 0 气体一般用此模型） 对气体，d 理解为相邻分子间的平均距离） 球体模 :建筑物理热学重点
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