热学设计性实验思考题

第一部分 分子物理学

1、气体的平衡状态有何特征？当气体处于平衡状态时还有分子热运动吗？与力学中所指的平衡有何不同？实际上能不能达到平衡态？

答；系统处于平衡状态时，系统和外界没有能量交换，内部也没有化学变化等任何形式的能量转换，系统的宏观性质不随时间变化。对气体来说，系统状态的宏观参量有确定数值，系统内部不再有扩散、导热、电离或化学反应等宏观物理过程发生。

气体处于平衡态时，组成系统的分子仍在不停地运动着，只不过分子运动的平均效果不随时间变化，表现为宏观上的密度均匀，温度均匀和压强均匀。

与力学中的平衡相比较，这是两个不同的理想概念。力学中的平衡是指系统所受合外力为零的单纯静止或匀速运动问题。而热力学中的平衡态是指系统的宏观性质不随时间变化。但组成系统的分子却不断地处于运动之中，只是与运动有关的统计平均量不随时间改变，所以这是一种热动平衡。

平衡态是对一定条件下的实际情况的概括和抽象。实际上，绝对的完全不受外界条件变化影响的平衡状态并不存在。

2、一金属杆一端置于沸水中，另一端和冰接触，当沸水和冰的温度维持不变时，则金属杆上各点的温度将不随时间而变化。试问金属杆这时是否处于平衡态？为什么？

答：金属杆就是一个热力学系统。根据平衡态的定义

1、 烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？

答案：水侧沸腾的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近于水的温度，所以不会达到铝的熔点。

2、 同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？ 答案：墙壁内侧温度夏天比冬天高。所以，人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处于同一数量级。

3、 电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？

答案：一般来说，在相同温度和压力状态下，水的换热能力比空气强，所以Jack身体散热比Rose快。（物性的影响）

4、 中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出：72°C的铁和600°C

的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？ 答案：人手感觉到的冷暖实际上是热量传递的快慢，而铁的导（吸）热系数远大于木头的。

5、 摩托车手的膝盖需要特别的保温,你知道为什么吗?

答案：因为膝盖处的热边界层很薄（相当于外掠物体的前驻点），换热能力较强，该处与空气的换热量较大。

6、 冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？

答案：普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射能量被阻挡在房间内，这一现象类似于“温室效应”。

7、

1、 烧开水时，为什么一旦水烧干了，铝壶就很容易烧坏？

答案：水侧沸腾的表面传热系数远大于火焰侧的表面传热系数，没烧干时，壶底更接近于水的温度，所以不会达到铝的熔点。

2、 同样是25°C的房子，为什么夏天可以穿衬衫，而冬天却要穿毛衣？ 答案：墙壁内侧温度夏天比冬天高。所以，人体向外辐射的能量冬天比夏天多，而自然对流和辐射换热处于同一数量级。

3、 电影《泰坦尼克号》里，为什么Jack冻死了，而Rose没有？

答案：一般来说，在相同温度和压力状态下，水的换热能力比空气强，所以Jack身体散热比Rose快。（物性的影响）

4、 中央电视台1999年9月5日的《科技博览》指出：72°C的铁和600°C

的木头摸上去的感觉是一样的，您知道为什么吗？ 答案：人手感觉到的冷暖实际上是热量传递的快慢，而铁的导（吸）热系数远大于木头的。

5、 摩托车手的膝盖需要特别的保温,你知道为什么吗?

答案：因为膝盖处的热边界层很薄（相当于外掠物体的前驻点），换热能力较强，该处与空气的换热量较大。

6、 冬天，隔着玻璃晒太阳感觉更暖和，为什么？

答案：普通玻璃对太阳辐射的光几乎完全穿透，而对常温下室内物体的红外辐射能量被阻挡在房间内，这一现象类似于“温室效应”。

7、

教材上的思考题

第8章 思考题

1．试说明热传导（导热）、热对流和热辐射三种热量传递基本方式之间的联系与区别。 区别：它们的传热机理不同。导热是由于分子、原子和电子等微观粒子的热运动而产生的热量传递现象，其本质是介质的微观粒子行为。热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象，其本质是微观粒子或微团的行为。辐射是由于物体内部微观粒子的热运动而使物体向外发射辐射能的现象，其本质是电磁波，不需要直接接触并涉及能量形式的转换。 联系：经常同时发生。 2．试说明热对流与对流换热之间的联系与区别。 热对流是由于流体的宏观运动，致使不同温度的流体相对位移而产生的热量传递现象。对流换热是流体与固体表面之间由热对流和导热两种传热方式共同作用导致的传热结果。 3. 从传热的角度出发，采暖散热器和冷风机应放在什么高度最合适？ 答：采暖器和冷风机主要通过对流传热的方式使周围空气变热和变冷，使人生活在合适的温度范围中，空气对流实在密度差的推动下流动，如采暖器放得太高，房间里上部空气被加热，但无法产生自然对流使下部空气也变热，这样人仍然生活在冷空气中。为使房间下部空气变热，使人感到舒适，应将采暖器放在下面，同样的道理，冷风机

第二章

思考题

1 试写出导热傅里叶定律的一般形式，并说明其中各个符号的意义。

?t??q＝－?gradt???n?x，其中：gradt为空间某点答：傅立叶定律的一般形式为：

??q的温度梯度；n是通过该点的等温线上的法向单位矢量，指向温度升高的方向；为该处的

热流密度矢量。

2 已知导热物体中某点在x,y,z三个方向上的热流密度分别为qx,qy及qz，如何获得该

点的 热密度矢量？

???????q?q?i?q?j?q?kxyz答：，其中i,j,k分别为三个方向的单位矢量量。

3 试说明得出导热微分方程所依据的基本定律。

答：导热微分方程式所依据的基本定律有：傅立叶定律和能量守恒定律。 4 试分别用数学语言将传热学术语说明导热问题三种类型的边界条件。 答：① 第一类边界条件：??0时，tw?f1(?) ② 第二类边界条件：

??0时??(??(?t)w?f2(?)?x

③ 第三类边界条件：

5 试说明串联热阻叠加原则的内容及其使用条件。

答：在一个串联的热量传递过程中，如果通过每个环节的热流量都相同，则各串联环节的总热阻等于各串联环节热阻的和。使用条件是对于各个传热环节的传热面积必须相等。

7.通过圆筒壁的导热量仅与内、外半径之比有关而与半径的绝对值无

实验一流体流动型态及临界雷诺数的测定 影响流体流动形态的因素有哪些？

雷诺数Re如何计算？（取一组实验数据为例）。

实验测得的下临界雷诺数是多少？上临界雷诺数是多少？与理论值有偏差的原因是什么？ 实验操作的注意事项有哪些？

如何根据实验现象判断流体流动形态？ 如何保证实验时有稳定的压头？ 转子流量计是否需要标定？

实验二气体流量测定与流量计标定 湿式气体流量计使用时应注意什么？

校验流量计时应注意什么？（应记录那些数据） 本实验中，哪个流量计是容积式的？哪个流量计是定截面变压差式的？哪个是变截面定压差的？

气体转子流量计标定的条件是什么？液体转子流量计标定的条件是什么？ 计算：湿式气体流量计示值是5L时，其实际体积流量是多少？ 毛细管流量计A刻度处的体积流量是多少？

转子流量计0.12m3/h刻度处的体积流量应为多少？ 实验三流体流动阻力的测定

测压导管测压孔的大小和位置、测压导管的粗细和长短对实验结果有无影响？为什么？ 实验中A、C点静压头的关系是什么？

A、B、C三点处冲压头（全压头）的关系是什么？

3、如何根据测定的实验数据计算管径放大局部阻力hl? 如何根据测定的实验数据计算管径放大局部阻力系数ζ？ 4、如何根据测定的实验数据计算管径

有机实验思考题答案

熔点的测定

1〃测定熔点对有机化合物的研究有什么意义？ ① ②

可以初步判断物质 判定物质纯度

2〃毛细管法测定熔点时，Thiele管中应倒入多少热浴液体？ 加入使液面稍高于侧管的液体

3〃为什么一根毛细管中的样品只用于一次测定？ 一次测定后，样品的晶型发生改变对测量结果有影响 4〃接近熔点时升温速度为何要放慢？

方便观察初熔和全熔温度，不放慢易使测定的温度偏高 5〃什么时候开始记录初熔和全熔的温度？ 当观察到样品外围出现小滴液体时 为初熔 当固体样品刚刚消失成为透明液体时 为全熔温度 重结晶

1.简述重结晶的操作步骤和各步的主要目的

选择溶剂，溶解固体，加入活性炭（脱色），趁热过滤（除去不溶性杂质与活性炭），结晶析出（可溶性杂质留在母液中），减压过滤（使晶体与母液分离），洗涤晶体（除去附着的母液），晶体的干燥

2理想重结晶条件？

溶剂不与提纯物质发生化学反应；

重结晶物质在溶剂中的溶解度随温度变化，即高温时溶解度大，

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有机实验思考题答案

而低温时溶解度小

杂质在溶剂中的溶解度或者很大，或者很小； 沸点较低，易挥发，干燥时易于结晶分离除去 溶剂应容易与重结晶物质分离

无毒或毒性很小，价格便宜，操作安

1． 物理化学实验技术

思考题、讨论题、作业：物理化学实验与其他化学课程实验有哪些异同点？

2,微乳柴油燃烧热的测定 思考题、讨论题、作业：

1.什么是燃烧热？它在化学反应热的计算中有何应用? 2.影响本实验准确度的主要有哪些因素？为什么？ 3.什么是氧弹卡计的水当量？如何测得？ 4.实验测得的温差为何经过雷诺校正？

3. 柴油-水微乳体系拟三元相图的绘制 7．问题思考

（1）柴油的主要成分是什么？其燃烧后可能形成的产物有那些？ （2）乳化柴油与微乳柴油的区别？制备方法上有什么不同？

（3）乳化柴油为什么不稳定？其对柴油发动机产生的损害是什么？

（4）为什么要进行柴油微乳液的研究？形成微乳柴油的通常条件是什么？其中

各组分的作用是什么？

（5）什么是相图？什么是拟三元相图？通过拟三元相图的绘制与分析，你可以得到那些信

息？

（6）确定微乳液基本性质的简单方法（W/0型乳液或0/W型乳液）有那些？其原理是什么？ （7）为什么将柴油微乳化可提高柴油的燃烧效率，减少尾气排放？其可能的机理有那些？ （8） 氧弹量热技术的基本测量原理是什么？如何通过氧弹量热计测定微乳柴油的燃烧值？

燃油的完全燃烧与不完全燃烧有什么区别？ （9）本实验乳化剂配

电路实验思考题

虚拟实验

1. 在EWB5.0中，如何使读数及其波形定格？

答：是读数及其波形定格有两种方法。一是在接通电源进行仿真前进行一下设置：“analysis”→“Analysis Options”→“Instruments”→选定“Pause after each screen”；另一是在接通电源进行仿真后按下“Pause”按钮。

2. 在EWB5.0中，如何使示波器中已经定格的波形上下左右移动？

答：在示波器界面上调整“X position”的数值即可使已定格的波形左右移动，调整“Y position”的数值即可使已定格的波形上下移动。

伏安特性的测绘

1. 图2中，R的作用是什么？如果取消R，会有什么后果？

答：图2中，电阻R为限流电阻，其作用是保护二极管。二极管加正向电压超过其导通电压时相当于导线，如果取消电阻Ｒ，接通电源时当加在二极管两端的正向电压超过二极管的导通电压时，流过二极管的电流就会很大，可能会击穿二极管。 ２．记下二极管、稳压二极管的型号、符号，理解其含义。 答：本实验中使用的半导体二极管型号为2CP15。“２”表示二极管、“Ｃ”表示二极管为硅材料二极管、“Ｐ”表示二极管为普通二极管、“１５”是二半导体二极管极管

为什么认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与湍流的判据？

(1) 上临界雷诺数不稳定,变化范围大12000~40000,下临界雷诺数比较稳定,约为2320。

工程中一般采用2320做为层流、紊流的分界。

(2) 因为上临界雷诺数不稳定，变化范围大，为5000~40000，而下临界雷诺数却比较稳

定，约为2320，因此认为上临界雷诺数无实际意义，而采用下临界雷诺数作为层流与紊流的判据

试结合湍动机理实验的观察，分析由层流过渡到湍流的机理

从紊动机理实验的观察可知，异重流（分层流）在剪切流动情况下，分界面由于扰动引发细微波动，并随剪切流动的增大，分界面上的波动增大，波峰变尖，以至于间断面破裂而形成一个个小旋涡。使流体质点产生横向紊动。正如在大风时，海面上波浪滔天，水气混掺的情况一样，这是高速的空气和静止的海水这两种流体的界面上，因剪切流动而引起的界面失稳的波动现象。由于园管层流的流速按抛物线分布，过流断面上的流速梯度较大，而且因壁面上的流速恒为零。相同管径下，如果平均流速越大，则梯度越大，即层间的剪切流速越大，于是就容易产生紊动。紊动机理实验所见到的波动 破裂 旋涡 质点紊动等一系列现象，便是流态从层流转变成紊流的过程显示。