一级注册结构工程师基础考试普通物理物理.pptx
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1、1考考试试大大纲纲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)第一部分第一部分 气体动理论气体动理论引论引论研究分子运动的目的:研究分子运动的目的:1.1.揭示热现象的微观本质揭示热现象的微观本质2.了解分子运动的微观规律了解分子运动的微观规律对分子运动的认识(微观图景)对分子运动的认识(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断改变断改变22.2.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,分子的运动方向和速度大小即每一瞬间,分子的运动方向和速度大小都是随机的,可以取任何值。都是随机的
2、,可以取任何值。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32.2.一定量理想气体状一定量理想气体状态方程态方程表达式表达式1:普适气体常量普适气体常量表达式表达式2:由表达式表达式3:分子数密度玻兹曼常数玻兹曼常数4 系统的状态参量系统的状态参量(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:系统所经历的中间状态都可系统所经历的中间状态都可近似看作近似看作平
3、衡态(过程无限缓慢)平衡态(过程无限缓慢)5二二宏观量的微观本质宏观量的微观本质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具有统计意义具有统计意义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系温度唯一地与分子平均平动动能相联系同一温度下,各个分子动能不同,但大量分子平均平同一温度下,各个分子动能不同,但大量分子平均平动动能相同。动动能相同。6即即自由度3.内能:气体中所有分子内能:气体中所有分子 动能的总和动能的总和 单原子气体单原子气体-所有分子平动动能的总和所有分子平动动能的总和多单原子气体多单原子气体-所有分子所有分子
4、平动动能平动动能 +转动转动动能的总和动能的总和内能内能=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自由度的概念自由度的概念以刚性分子(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:确定一个物体的空间位置确定一个物体的空间位置 所需要所需要的独立坐标数目。以的独立坐标数目。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)9四原子分子四原子分子三原子以上分子三原
5、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理想气体理想气体内能仅与温内能仅与温度有关度有关温度改变,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,内能是温度的单值函数内能是温度的单值函数理想气体的内能公式理想气体的内能公式一定质量理想气体(刚性分子)的内能为一定质量理想气体(刚性分子)的内能为11答:B例1某容器内贮有某容器内贮有1mol氢和氦,设各自对器壁产生的氢和氦,设各自对器壁产生的压强分别为压强分别为 和和 ,则两者的关系是,则两者
6、的关系是提示:都是1mol都在同一容器内12例2两种理想气体的温度相等,则它们的两种理想气体的温度相等,则它们的分子的平均动能相等分子的平均动能相等 分子的平均转动动能相等分子的平均转动动能相等分子的平均平动动能相等分子的平均平动动能相等 内能相等内能相等以上论断中,正确的是以上论断中,正确的是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()()3()()例3答:A 压强为、体积为的氦气(视为刚性分子理想压强为、体积为的氦气(视为刚性分子理想气体)的内能为气体)的内能为:14 两瓶理想气体和,为两瓶理想气体和,为 氧,为氧,为 甲烷甲
7、烷,它们的内能相同它们的内能相同,那么它们分子的平均平动动能之比那么它们分子的平均平动动能之比 ()()()()()()()例4=151 1、分子的速率分布律、分子的速率分布律平衡态下的气体系统中,平衡态下的气体系统中,分子速率分子速率为随机变量。为随机变量。可以取任何可以取的值。可以取任何可以取的值。三、分子运动的微观统计规律三、分子运动的微观统计规律但分子的但分子的速率分布速率分布,却,却是有规律的。是有规律的。表示在一定的温度下,速率在表示在一定的温度下,速率在100m/s200m/s100m/s200m/s区间内的分子数占总区间内的分子数占总分子数的百分比分子数的百分比多次统计,此多次
8、统计,此百分比百分比不变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(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 区间内的区间内的分子数与总分子数的百分比分子数与总分子数的百分比分子速率分布函数分子速率分布函数172.2.三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,气体分子最可能具有的速分子最可能具有的速率值。率值。分子分布在分子分布在 附近附近的概率最大。的概率最大。(3)不必记18大量分子速率的算术平均值大量分子速率的算术平均值(2 2)平均速率)平均速率 :(3 3
9、)方均根速率)方均根速率都与都与 成正比,成正比,与与 成反比成反比193.分布曲线与温度的关系分布曲线与温度的关系温度越高,分布曲线中的最概然速率温度越高,分布曲线中的最概然速率 增大,增大,但归一化条件要求曲线下总面积不变,因此分布曲但归一化条件要求曲线下总面积不变,因此分布曲线宽度增大,高度降低。线宽度增大,高度降低。T1T220“平均平动动能相同平均平动动能相同”即即提示提示:习题习题:一定量的氢气和氧气一定量的氢气和氧气,它们分子的平均平动它们分子的平均平动动能相同动能相同,那么它们分子的平均速率之比那么它们分子的平均速率之比(A)1:1 (B)1:16 (C)16:1 (D)4:1
10、 (E)1:4答答:D21f(v)v02000例氢气和氧气在同一温度下的麦克司韦曲线如图,氢气和氧气在同一温度下的麦克司韦曲线如图,氧气分子的最可几(最概然)速率为氧气分子的最可几(最概然)速率为(A)2000m/s(B)1500m/s(C)1000m/s(D)800m/s(E)500m/s答:(E)22气体动理论公式气体动理论公式23第二部分第二部分 热力学热力学从能量观点研究从能量观点研究 机械运动与热运动的相互转化问题机械运动与热运动的相互转化问题一、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:作用于热力学系统的环境外界:作用于热力学系统的环
11、境理想气体理想气体2 2、准静态过程、准静态过程:系统所经历的中间状态都系统所经历的中间状态都可可近似看作近似看作平衡态(过程无限缓慢)平衡态(过程无限缓慢)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244.准静态过程的准静态过程的 P-V图图(1)用用P-V坐标系中的曲线代表坐标系中的曲线代表状态变化过程状态变化过程-准静态过程准静态过程曲线上每一点代表一种状态曲线上每一点代表一种状态(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,曲线向远离原点的方升高,曲线向远离原点的方向移动向
12、移动25(3)等压过程)等压过程(4)等容(等体)过程)等容(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 T262.特征:(特征:(1)系统不与外界交换热量的过程。系统不与外界交换热量的过程。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,气体所作的元功为:气体所作的元功为:系统体积由系统
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