2021-2022学年高二物理竞赛课件：热学（13张PPT）.pptx

热热 学学热学涉及到热学涉及到宏宏观与观与微微观两个层次观两个层次 热力学与统计物理的发展热力学与统计物理的发展,加强了物理学与化学加强了物理学与化学的联系的联系,建立了物理化学这一门交叉科学建立了物理化学这一门交叉科学.宏观理论热力学的两大基本定律宏观理论热力学的两大基本定律:第一定律第一定律,即即能量守恒定律能量守恒定律;第二定律第二定律,即熵增加定律即熵增加定律.玻尔兹曼玻尔兹曼与与吉布斯吉布斯发展了经典统计力学发展了经典统计力学.科学家进一步追根问底科学家进一步追根问底,企图从分子和原子的微企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律观层次上来说明物理规律,气体分子动理论应运而生气体分子动理论应运而生.前前 言言 一一.热学的研究对象及内容热学的研究对象及内容 对象：对象：宏观物体（大量分子原子系统）宏观物体（大量分子原子系统）或物体系或物体系 热力学系统热力学系统。内容：内容：与与热现象热现象有关的性质和规律。有关的性质和规律。外界外界系统系统外界外界例如汽缸：例如汽缸：二二.热学的研究方法热学的研究方法 热力学热力学（thermodynamics）宏观基本实验规律宏观基本实验规律热现象规律热现象规律逻辑推理逻辑推理特点：特点：普遍性、可靠性。普遍性、可靠性。统计力学统计力学（statistical mechanics）对微观结构提对微观结构提出模型、假设出模型、假设统计方法统计方法热现象规律热现象规律特点：特点：可揭示本质，但受模型局限。可揭示本质，但受模型局限。气体动理论气体动理论热热力学力学相辅相成相辅相成1.系统和外界系统和外界热力学所研究的具体对象，简称系统。热力学所研究的具体对象，简称系统。系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。系统以外的物体系统以外的物体例如：热传递、质量交换等例如：热传递、质量交换等 热力学系统热力学系统 外界外界系统与外界可以有相互作用系统与外界可以有相互作用系统的分类系统的分类开放系统开放系统系统与外界之间，既有物质交换，又有系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。能量交换。三三.几个概念几个概念封闭系统封闭系统孤立系统孤立系统系统与外界之间，没有物质交换，只系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交换有能量交换。系统与外界之间，既无物质交换，系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换又无能量交换。宏观量宏观量 2.宏观量宏观量（macroscopic quantity）：）：表征系统宏观性质的物理量（可直接测量）。如：温表征系统宏观性质的物理量（可直接测量）。如：温度、压强、体积。度、压强、体积。广延量（有累加性）：如广延量（有累加性）：如M、V、E 强度量（无累加性）：如强度量（无累加性）：如p、T 描写单个微观粒子运动状态的物理量描写单个微观粒子运动状态的物理量只能间接测量）。只能间接测量）。3.微观量微观量（microscopic quantity）：）：（一般（一般如分子的如分子的5-1 热运动的描述热运动的描述 理想气体模型和物态方程理想气体模型和物态方程5-2 分子热运动和统计规律分子热运动和统计规律5-3 理想气体的压强和温度公式理想气体的压强和温度公式5-4 能量均分定理能量均分定理 理想气体的内能理想气体的内能5-5 麦克斯韦速率分布律麦克斯韦速率分布律5-6 麦克斯韦麦克斯韦玻耳兹曼能量分布律玻耳兹曼能量分布律 重力场中粒重力场中粒子按高度的分布子按高度的分布 5-7 分子碰撞和平均自由程分子碰撞和平均自由程5-8 气体的输运现象气体的输运现象5-9 真实气体真实气体 范德瓦耳斯方程范德瓦耳斯方程第五章第五章 气体动理论气体动理论 一、状态参量一、状态参量1.体积体积 V 气体分子所能到达的空间。气体分子所能到达的空间。2.压强压强 p 气体分子垂直作用于器壁单位面积上的气体分子垂直作用于器壁单位面积上的 力，是大量气体分子与器壁碰撞的宏观力，是大量气体分子与器壁碰撞的宏观 表现。表现。1atm=760 mmHg=1.01 105 Pa 为了描述物体的状态，常采用一些物理量来表为了描述物体的状态，常采用一些物理量来表示物体的有关特性，例如体积、温度、压强、密度示物体的有关特性，例如体积、温度、压强、密度等，称等，称状态参量（状态参量（state parameter）。5-1 热运动的描述热运动的描述 理想气体模型和物态方程理想气体模型和物态方程 热力学温标热力学温标(T：K)与摄氏温标与摄氏温标(t：)：t/=T/K-273.153.温度温度 T 反映物体冷热程度的物理量，其高低反反映物体冷热程度的物理量，其高低反 映内部分子热运动的剧烈程度。映内部分子热运动的剧烈程度。二、平衡态二、平衡态 准静态过程准静态过程 平衡态（平衡态（equilibrium state）：在不受外界影响：在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。后不再发生变化的状态。要注意区分平衡态与稳定态。要注意区分平衡态与稳定态。平衡态平衡态T1T1热热库库（恒恒温温）系统系统稳定态稳定态T2热热库库热热库库T1（恒恒温温）（恒恒温温）系统系统说明：说明：(1)不受外界影响是指系统与外界不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方不通过作功或传热的方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；(2)从微观角度，存在热运动，又称为从微观角度，存在热运动，又称为热动平衡状态热动平衡状态；(3)平衡态的气体平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示；表示；(4)平衡态是一种平衡态是一种理想状态。理想状态。当气体的外界条件改变时，气体从一个状态不断当气体的外界条件改变时，气体从一个状态不断地变化到另一状态，如果状态变化过程进展得十分缓地变化到另一状态，如果状态变化过程进展得十分缓慢，使所经历的一系列中间状态，都无限接近平衡状慢，使所经历的一系列中间状态，都无限接近平衡状态，这个过程就叫做态，这个过程就叫做准静态过程（准静态过程（quasi-static process）或或平衡过程（平衡过程（equilibrium process）。始平衡态始平衡态 一系列平一系列平衡态衡态末平衡态末平衡态三、理想气体物态方程三、理想气体物态方程理想气体（理想气体（ideal gas）：）：在任何情况下都严格遵守在任何情况下都严格遵守波意耳定律、盖吕萨克定律以及查理定律的气体。波意耳定律、盖吕萨克定律以及查理定律的气体。是实际气体在压强趋于零时的极限。是实际气体在压强趋于零时的极限。当质量为当质量为m、摩尔质量为、摩尔质量为的理想气体处于平的理想气体处于平衡态时，它的衡态时，它的状态参量（状态参量（p、V、T）满足满足方程：方程：（理想气体物态方程）（理想气体物态方程）（普适气体常量）（普适气体常量）理想气体的物态方程的另一种形式理想气体的物态方程的另一种形式 玻尔兹曼常量玻尔兹曼常量（Boltzmann Constant）（m 气体质量，气体质量，M 气体摩尔质量，气体摩尔质量，NA 阿伏伽德罗常量，阿伏伽德罗常量，n 气体分子数密度）气体分子数密度）