高二物理竞赛热学课件

1、热 学 热学：统计物理学、热力学。 热现象：南北朝齐民要术中记载，制酪温度要“小暖于人体”。作豉温度要“令温如腋下为佳”。 最核心的两个概念：温度、热量。 原则上讲：任何一种与温度有关的物理效应，都可以用来作为测温的手段。 古人：睹瓶水之冰释而识天下之寒暑，观炉火之纯青知金汁之可铸。 在科学史上，温度与热量的区别是在很长的时间内都未被弄清楚的问题。 早在摄尔修斯建立摄氏温标(1742年)之前半个世纪，1693年意大利雷纳迪尼就提出以水的冰点和沸点作为温标的两个固定点。 但，在他的概念里，温度计测量的不是热的程度，而是热的数量。 1732年，荷兰化学家布尔哈夫在化学原理中描述：等量的水混合后温度

2、取平均值。 但不同的物质混合会怎样？何谓“等量”？理解为“等重量”所做的实验是失败的。 布尔哈夫确信是“等体积”，即同体积的任何物质在相同的温度变化下都吸收或放出同样数量的热。 他令等体积的100和150的水混合，得的温度是120，不是预期的125。这是布尔哈夫所不能解释的，被称“布尔哈夫疑难”。 英国布莱克研究了布尔哈夫的工作后指出：问题的症结在于人们把“热的强度温度”和“热的数量热量”搞混了。 他断言：同重量的不同物质在发生相同的温度变化时吸收或释放不同数量的热。他的学生和后人正式提出热容量和比热概念。 布莱克把 32的冰与等质量的 172的水混合，得到最终的温度不 102，而是 32，其

3、效果是全部的冰融化成了水。 从大量物态变化实验中，布莱克提出潜热的概念：在物体状态变化时，一部分“活动的热”变成“潜藏的热”而不显示温度升高的效应。潜热的发现巩固了当时的热量守恒的观念。 到18世纪80年代，量热学基本概念：温度、热量、热容量、比热、潜热等建立起来。促进了热学理论的巨大发展。 区分了温度和热量的概念之后。热的本质是什么？两种观点：热质说、热动说。 热质说：热是一种特殊的物质-热质。热质由没有重量的微细粒子组成，可以从一个物体流向另一个物体，其数量是守恒的。热质的粒子互相排斥，从而是物体带有膨胀的性质。 热动说：热是组成物质的微观粒子运动的表现，它可以由物体的机械运动转化而来。

4、在18世纪知名学者中，培根、胡克、牛顿、笛卡儿等主张热动说。伽利略、伽桑狄主张或倾向于热质说。玻意耳则动摇于两者之间。 由于布莱克在量热学方面的成就，加强了人们热量守恒的信念，使得18世纪下半叶成了热质说的鼎盛时期。 1797年，英国的伦福德伯爵到慕尼黑兵工厂监制大炮镗孔工作。 1798年 1 月25日，伦福德在英国皇家学会作报告：“我发现，铜炮在钻了很短一段时间后，就会产生大量的热；而被钻头从大炮上削下来的铜屑更热，发现它们比沸水还要热”。 布莱克发现潜热后，主张热质说的人是这样解释摩擦生热的：在摩擦过程中，从物体内部挤压出来的潜热溢于表面。 伦福德继续做的大量实验使人们相信，只要摩擦时间足

5、够长，就可越来越多、甚至是无限的产生出热量来。这是热质说无法解释的。 伦福德说：在我看来，在这些实验中被激发出来的热，除了把它们看着“运动”之外，视乎很难把它们看着其它任何别的东西。 戴维做了两块冰的摩擦实验，冰在摩擦中慢慢融化成水，然后温度上升。在此过程中热质不可能从外表跑进去，冰融化时吸收潜热，而不是潜热从冰中被挤出来。 戴维断言：热质是不存在的。热现象的直接原因是运动，它的转化定律和运动转化定律一样，同样是正确的。 尽管伦福德和戴维的实验和提出的论据如此充分，他们的观点并为被同时代的大多数人所接受。 直到半个世纪以后焦耳重复这类实验，并发表他测得热功当量的精确结果时，能量守恒得以建立，热质说才衰落下来。 但是，1818年拉普拉斯和泊松用全微分、偏微分等数学概念为热质说建立起了一套精致的数学分析表达，并由此得到了声速公式，纠正了牛顿的声