理学类分子物理学基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx
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1、第四章第四章 分子物理学基础分子物理学基础第第1页页 一一 能从宏观和统计意义上了解压强、温度等能从宏观和统计意义上了解压强、温度等 概念概念。了解了解了解系统宏观性质是微观运动统计表现了解系统宏观性质是微观运动统计表现,了解统,了解统计方法。计方法。二二 掌握掌握分子平均能量按自由度均分原理,会计算分子平均能量按自由度均分原理,会计算理想气体内能。理想气体内能。教学基本要求教学基本要求 三三 了解了解麦克斯韦速度分布律、速率分布函数曲线麦克斯韦速度分布律、速率分布函数曲线物理意义,了解物理意义,了解“三种速率三种速率”意义和求法,了解玻尔意义和求法,了解玻尔兹曼能量分布律。兹曼能量分布律。四
2、四 了解了解物质中三种迁移现象概念、宏观规律等。物质中三种迁移现象概念、宏观规律等。五五 了解了解液体表面现象。液体表面现象。第四章第四章 分子物理学基础分子物理学基础第第2页页2 气体物态参量气体物态参量(宏观量宏观量)一、热力学系统一、热力学系统1 系统与环境系统与环境第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度3 平平 衡衡 态态 一定量气体,一定量气体,在不受在不受外界影响下外界影响下,经过一定时间经过一定时间,系统到达一个稳定系统到达一个稳定,宏观性宏观性质不随时间改变状态称为平质不随时间改变状态称为平衡态衡态.(理想状态)(理想状态)真真 空空 膨膨 胀胀 气体压强气体压强
3、体积体积 温度温度第第3页页平衡态特点平衡态特点*1)单一性(单一性(处处相等)处处相等);2)物态物态稳定性稳定性 与时间无关;与时间无关;3)自发过程终点;自发过程终点;4)热动平衡(有别于力平衡)热动平衡(有别于力平衡).第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第4页页 物态方程:理想气体平衡态宏观参量间函数关物态方程:理想气体平衡态宏观参量间函数关系系.摩尔气体常量摩尔气体常量对一定质量对一定质量同种气体同种气体理想气体理想气体物态方程物态方程理想气体宏观定义理想气体宏观定义:恪守三个试验定律气体:恪守三个试验定律气体.理想气体物态方程理想气体物态方程第一节第一节 理想气体
4、压强和温度理想气体压强和温度第第5页页第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度二、理想气体微观模型二、理想气体微观模型 1 分子可视为质点;分子可视为质点;线度线度 间距间距 ;2 除碰撞瞬间除碰撞瞬间,分子间无相互作用力;分子间无相互作用力;4 分子运动遵从经典力学规律分子运动遵从经典力学规律 3 弹性质点(碰撞均为完全弹性碰撞);弹性质点(碰撞均为完全弹性碰撞);第第6页页2)分子各方向运动概率均等分子各方向运动概率均等分子运动速度分子运动速度热动平衡统计假设:热动平衡统计假设:1)分子按位置分布是均匀分子按位置分布是均匀 第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度各方向
5、运动各方向运动概概率均等率均等 方向速度平方平均值方向速度平方平均值第第7页页三、理想气体压强公式三、理想气体压强公式第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度单个单个分子分子对器壁冲量:对器壁冲量:单个单个分子在分子在 时间内对器壁冲量:时间内对器壁冲量:设设 边长为边长为 立方体中有立方体中有 N 个全同质量为个全同质量为 m 气体气体分子,分子,推导推导壁面所受压强壁面所受压强 .N 个个分子对器壁平均冲力:分子对器壁平均冲力:气体压强气体压强第第8页页 统计关系式统计关系式压强物理压强物理意义意义宏观可测量量宏观可测量量微观量统计平均值微观量统计平均值 压强微观实质。压强微观实
6、质。压强是大量分子对时间、对面积统计平均结果压强是大量分子对时间、对面积统计平均结果。压强公式不能直接用试验验证。压强公式不能直接用试验验证。分子平均平动动能分子平均平动动能第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第9页页玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数宏观可测量量宏观可测量量微观量统计平均值微观量统计平均值分子平均平动动能分子平均平动动能 第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度四、理想气体温度四、理想气体温度阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律温度温度 T 物理物理意义:意义:1)温度是分子平均平动动能量度;温度是分子平均平动动能量度;2)温度是大量分子集体表现,个别分子无意义。温度
7、是大量分子集体表现,个别分子无意义。3)同一温度下,各种气体分子平均平动动能均相等。同一温度下,各种气体分子平均平动动能均相等。第第10页页(A)温度相同、压强相同。)温度相同、压强相同。(B)温度、压强都不一样。)温度、压强都不一样。(C)温度相同,但氦气压强大于氮气压强)温度相同,但氦气压强大于氮气压强.(D)温度相同,但氦气压强小于氮气压强)温度相同,但氦气压强小于氮气压强.解解 一瓶氦气和一瓶氮气密度相同,分子平均平动动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,则它们能相同,而且它们都处于平衡状态,则它们讨讨 论论第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体
8、压强和温度第第11页页 例例 理想气体体积为理想气体体积为 V,压强为,压强为 p,温度为,温度为 T,一个分子一个分子 质量为质量为 m,k 为玻尔兹曼常量,为玻尔兹曼常量,R 为摩尔为摩尔气体常量,则该理想气体分子数为:气体常量,则该理想气体分子数为:(A)(B)(C)(D)解解第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第12页页一一、自由度数、自由度数 第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理决定一个物体空间位置所需要独立坐标数。决定一个物体空间位置所需要独立坐标数。单单原子分子原子分子单原子分子平均能量单原子分子平均能量第第13页页 刚刚性性双双原子分子原子分子
9、分子平均平动动能分子平均平动动能分子平均转动动能分子平均转动动能第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理第第14页页分子平均振动能量分子平均振动能量分子平均能量分子平均能量非刚性分子平均能量非刚性分子平均能量*C 非非刚性刚性双双原子分子原子分子第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理第第15页页 自由度数目自由度数目 平动平动 转动转动 振动振动单单原子分子原子分子 3 0 3双双原子分子原子分子 3 2 5多多原子分子原子分子 3 3 6刚性刚性分子能量自由度分子能量自由度分子分子自由度自由度平动平动转动转动总总第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分
10、原理第第16页页三三 理想气体内能理想气体内能 理想气体内能理想气体内能:分子动能和分子内原子间势能:分子动能和分子内原子间势能之和之和.1mol 理想气体内能理想气体内能 二二 能量均分定理(玻尔兹曼假设)能量均分定理(玻尔兹曼假设)气体处于平衡态时,分子任何一个自由度平气体处于平衡态时,分子任何一个自由度平均能量都相等,均为均能量都相等,均为 ,这就是,这就是能量按自由度能量按自由度均分定理均分定理.分子平均能量分子平均能量第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理第第17页页 理想气体内能理想气体内能 理想气体内能改变理想气体内能改变 定容摩尔热容定容摩尔热容 定压摩尔热容定
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