物理1市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx
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1、普 通 物 理气体动理论气体动理论 热力学热力学考前考前辅导辅导1第1页考试纲领考试纲领热学热学气体动理论气体动理论热力学热力学波动学波动学光学(波动光学)光学(波动光学)引论引论研究分子运动目标:研究分子运动目标:1.1.揭示热现象微观本质揭示热现象微观本质2.了解分子运动微观规律了解分子运动微观规律对分子运动认识(微观图景)对分子运动认识(微观图景)1.分子数量巨大分子数量巨大频繁碰撞频繁碰撞 分子速率和运动方向不分子速率和运动方向不停改变停改变2第2页2.2.分子不停地作无规则运动分子不停地作无规则运动即每一瞬间,分子运动方向和速度大小都即每一瞬间,分子运动方向和速度大小都是随机,能够取
2、任何值。是随机,能够取任何值。3.3.大量分子运动有统计规律大量分子运动有统计规律一、一、理想气体理想气体1.状态参量状态参量1 1标准大气压标准大气压=质量质量 m kg 摩尔质量摩尔质量M=分子量分子量压强压强 P Pa-帕斯卡帕斯卡 体积体积 V 温度温度 T或3第3页2.2.一定量理想气体状一定量理想气体状态方程态方程表示式表示式1:普适气体常量普适气体常量表示式表示式2:由表示式表示式3:分子数密度玻兹曼常数玻兹曼常数4第4页 系统状态参量系统状态参量(PVT(PVT)不随时间改变。不随时间改变。3.3.平衡态平衡态:准静态过程准静态过程:系统所经历中间状态都可系统所经历中间状态都可
3、近近似看作似看作平衡态(过程无限迟缓)平衡态(过程无限迟缓)5第5页二二宏观量微观本质宏观量微观本质1压强压强分子数密度分子数密度分子平均平动动能分子平均平动动能宏观量宏观量微观量微观量含有统计意义含有统计意义2温度温度T宏观量宏观量微观量微观量温度唯一地与分子平均平动动能相联络温度唯一地与分子平均平动动能相联络同一温度下,各个分子动能不一样,但大量分子平均同一温度下,各个分子动能不一样,但大量分子平均平动动能相同。平动动能相同。6第6页即即自由度3.内能:气体中全部分子内能:气体中全部分子 动能总和动能总和 单原子气体单原子气体-全部分子平动动能总和全部分子平动动能总和多单原子气体多单原子气
4、体-全部分子全部分子 平动动能平动动能 +转转动动能总和动动能总和内能内能=分子数分子数(平均平动动能平均平动动能 +平均转动动能)平均转动动能)7第7页自由度概念自由度概念以刚性分子(分子内原子间距离保持不变)为例以刚性分子(分子内原子间距离保持不变)为例定义:定义:确定一个物体空间位置确定一个物体空间位置 所需要独所需要独立坐标数目。以立坐标数目。以 记之。记之。单原子分子单原子分子平动自由度平动自由度 转动自由度转动自由度 总自由度总自由度8第8页总自由度总自由度即即三原子分子三原子分子(刚性分子刚性分子)总自由度总自由度即即双原子分子双原子分子(刚性分子刚性分子)9第9页四原子分子四原
5、子分子三原子以上分子三原子以上分子每增一原子,坐标数目每增一原子,坐标数目增增3,但固定边也增,但固定边也增3。总自由度总自由度即即10第10页理想气体理想气体内能仅与温内能仅与温度相关度相关温度改变,内能改变量为温度改变,内能改变量为单原子分子单原子分子双原子分子双原子分子三原子和三三原子和三原子以上原子以上对理想气体对理想气体,内能是温度单值函数内能是温度单值函数理想气体内能公式理想气体内能公式一定质量理想气体(刚性分子)内能为一定质量理想气体(刚性分子)内能为11第11页答:B例1某容器内贮有某容器内贮有1mol氢和氦,设各自对器壁产生氢和氦,设各自对器壁产生压强分别为压强分别为 和和
6、,则二者关系是,则二者关系是提醒:都是1mol都在同一容器内12第12页例2两种理想气体温度相等,则它们两种理想气体温度相等,则它们分子平均动能相等分子平均动能相等 分子平均转动动能相等分子平均转动动能相等分子平均平动动能相等分子平均平动动能相等 内能相等内能相等以上论断中,正确是以上论断中,正确是A.B.A.B.C.D.答:D平均动能平均动能=平均平动动能平均平动动能 +平均转动动能平均转动动能13第13页()()3()()例3答:A 压强为、体积为氦气(视为刚性分子理想压强为、体积为氦气(视为刚性分子理想气体)内能为气体)内能为:14第14页 两瓶理想气体和,为两瓶理想气体和,为 氧,为氧
7、,为 甲烷甲烷,它们内能相同它们内能相同,那么它们分子平均平动动能之比那么它们分子平均平动动能之比 ()()()()()()()例4=15第15页1 1、分子速率分布律、分子速率分布律平衡态下气体系统中,平衡态下气体系统中,分子速率分子速率为随机变量。能为随机变量。能够取任何能够取值。够取任何能够取值。三、分子运动微观统计规律三、分子运动微观统计规律但分子但分子速率分布速率分布,却,却是有规律。是有规律。表示在一定温度下,速率在表示在一定温度下,速率在100m/s200m/s100m/s200m/s区间内分子数占总分区间内分子数占总分子数百分比子数百分比屡次统计,此屡次统计,此百分比百分比不变
8、不变概率概率密度密度百分率百分率=概率概率1 2 速率速率100m/s16第16页(1)任一小段曲线下面积(2)曲线下总面积1分子出现在分子出现在 区间内分区间内分子数与总分子数百分比子数与总分子数百分比分子速率分布函数分子速率分布函数17第17页2.2.三种速率统计值三种速率统计值(1(1)最可几速率(最概然速率)最可几速率(最概然速率)在一定温度下,气体在一定温度下,气体分子最可能含有速率分子最可能含有速率值。值。分子分布在分子分布在 附近附近概率最大。概率最大。(3)无须记18第18页大量分子速率算术平均值大量分子速率算术平均值(2 2)平均速率)平均速率 :(3 3)方均根速率)方均根
9、速率都与都与 成正比,成正比,与与 成反比成反比19第19页3.分布曲线与温度关系分布曲线与温度关系温度越高,分布曲线中最概然速率温度越高,分布曲线中最概然速率 增大,但增大,但归一化条件要求曲线下总面积不变,所以分布曲线归一化条件要求曲线下总面积不变,所以分布曲线宽度增大,高度降低。宽度增大,高度降低。T1T220第20页“平均平动动能相同平均平动动能相同”即即提醒提醒:习题习题:一定量氢气和氧气一定量氢气和氧气,它们分子平均平动动能它们分子平均平动动能相同相同,那么它们分子平均速率之比那么它们分子平均速率之比(A)1:1 (B)1:16 (C)16:1 (D)4:1 (E)1:4答答:D2
10、1第21页f(v)v0例氢气和氧气在同一温度下麦克司韦曲线如图,氧氢气和氧气在同一温度下麦克司韦曲线如图,氧气分子最可几(最概然)速率为气分子最可几(最概然)速率为(A)m/s(B)1500m/s(C)1000m/s(D)800m/s(E)500m/s答:(E)22第22页气体动理论公式气体动理论公式23第23页从能量观点研究从能量观点研究 机械运动与热运动相互转化问题机械运动与热运动相互转化问题一、基本概念一、基本概念1 1、热力学系统、热力学系统:固、液、气态物质固、液、气态物质外界:作用于热力学系统环境外界:作用于热力学系统环境理想气体理想气体2 2、准静态过程、准静态过程:系统所经历中
11、间状态都可系统所经历中间状态都可近似看作近似看作平衡态(过程无限迟缓)平衡态(过程无限迟缓)3、四种特殊过程:等温、等压、等容、绝热四种特殊过程:等温、等压、等容、绝热重点重点:热力学第一定律热力学第一定律24第24页4.准静态过程准静态过程 P-V图图(1)用用P-V坐标系中曲线代表状坐标系中曲线代表状态改变过程态改变过程-准静态过程准静态过程曲线上每一点代表一个状态曲线上每一点代表一个状态(2)等温过程)等温过程双曲线双曲线即即PV112p.VV等温过程等温过程.T T升高,曲线向远离原点方向升高,曲线向远离原点方向移动移动25第25页(3)等压过程)等压过程(4)等容(等体)过程)等容(
12、等体)过程PVpVPV绝热绝热绝热绝热P大大P小小(5)绝绝 热热 过过 程程 绝热绝热绝热绝热膨胀中膨胀中P V T26第26页2.特征:(特征:(1)系统不与外界交换热量过程。系统不与外界交换热量过程。即不吸热,不放热。即不吸热,不放热。(2)P,V,T三量均改变三量均改变绝绝 热热 线线在在A点绝热线比等温线陡点绝热线比等温线陡!PVO绝热绝热绝热线与等温线比较绝热线与等温线比较等温等温27第27页二、功、内能增量、热量二、功、内能增量、热量当活塞移动微小位移当活塞移动微小位移dx时,时,气体所作元功为:气体所作元功为:系统体积由系统体积由V V1 1变为变为V V2 2,所作作PS总功
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