高二物理竞赛热学课件.pptx

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1、 研究对象研究对象 热运动热运动 : 构成宏观物体的大量微观粒子的永不构成宏观物体的大量微观粒子的永不休止的无规运动休止的无规运动 .热现象热现象 : 与温度有关的物理性质的变化。与温度有关的物理性质的变化。单个单个分子分子 无序、具有偶然性、遵循力学规律无序、具有偶然性、遵循力学规律.研究对象特征研究对象特征整体整体（大量分子）（大量分子） 服从统计规律服从统计规律 . 宏宏观量：观量：表示大量分子集体特征的物理量（可直表示大量分子集体特征的物理量（可直接测量）接测量）, 如如 等等 .TVp, 微微观量：观量：描述个别分子运动状态的物理量（不可描述个别分子运动状态的物理量（不可直接测量），

2、如分子的直接测量），如分子的 等等 .v,m宏观物体或物体系宏观物体或物体系 热力学系统热力学系统 。第四篇第四篇 热热 学学TVp,TVp,真真 空空 膨膨 胀胀平平 衡衡 态：态： 孤立系统孤立系统, 经过一定的时间经过一定的时间, 系统达到一个稳定的系统达到一个稳定的, 宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态 .（理想状态）（理想状态）pVo),(TVp),(TVp孤立系：孤立系：封闭系：封闭系：开放系：开放系：与外界没有任何相互作用的热力学系统。与与外界没有实物交换但有能量交换的系统。与外界既有实物交换又有能量交换的系统。气体的状态参量及其单位气体的状

3、态参量及其单位（宏观量宏观量）TVp, 1 气体压强气体压强 ：作用于容器壁上：作用于容器壁上单位面积的正压力（单位面积的正压力（力学力学描述）描述）.p 单位：单位：2mN1Pa1 2 体积体积 : 气体所能达到的最大空间（气体所能达到的最大空间（几何几何描述）描述）. 3333dm10L10m1V单位：单位：Pa10013. 1atm15标准大气压：标准大气压： 纬度海平面处纬度海平面处, 时的大气压时的大气压.45C0 3 温度温度 : 气体冷热程度的量度（气体冷热程度的量度（热学热学描述）描述）. TtT15.273单位：温标单位：温标 （开尔文）（开尔文）.K温度温度 温度的概念来自

4、热平衡 A、B系统各自达到各自的平衡态 A、B两系统达到热平衡态 AB绝热壁绝热板AB绝热壁导热板热力学第零定律：热力学第零定律： 如果系统B和系统C分别与系统A的同一状态同一状态处于热平衡，那么当B和C接触时，它们也必定处于热平衡。描述这一共同宏观性质的物理量称为温度温度。ABCAB C温度宏观上反映了物体的冷热程度微观上反映了物体内部分子无规则运动的剧烈程度热力学第三定律：热力学第三定律： 不可能使一个物体冷却到绝对零度（0K）的温度。 0K是指绝对零度。 112.4 10K分子热运动：大量分子的无规则运动大量分子的无规则运动14.1 气体分子的热运动气体分子的热运动阿伏伽德罗常量 (NA

5、) ： 1 mol 的任何物质含有的分子数。的任何物质含有的分子数。123Amol10367136022. 6N单位体积内的分子数单位体积内的分子数物物质质密度密度/(kgm3)摩尔质量摩尔质量M/(kgmol1)分子质量分子质量m0/kg分子数密度分子数密度n/m-3铁铁7.81035610-39.310-268.41028水水1031810-33.010-263.31028氮氮1.152810-34.610-262.51025分子动理论的基本模型：分子动理论的基本模型： （1 1） 分子与分子之间存在着一定的距离分子与分子之间存在着一定的距离 （2 2） 分子间存在相互作用力分子间存在相互

6、作用力 rr0OF m10-100r00Frr时引力引力00Frr时斥力斥力（3 3） 构成物质的分子处构成物质的分子处于永恒的、杂乱无章的运于永恒的、杂乱无章的运动之中。动之中。 理想气体的微观模型理想气体的微观模型 1. 对单个分子的力学性质的假设对单个分子的力学性质的假设（1）分子可视为质点。 （2）每个分子是完全弹性小球。 （3）除碰撞瞬间外，分子之间无相互作用无相互作用。 （4）单个分子服从牛顿力学2. 对分子集体的统计假设对分子集体的统计假设（1）分子的速度各不相同，而且通过碰撞不断变化着；（2）平衡态分子数密度到处一样；（3）平衡态时分子的速度按方向的分布是各向均匀的0 xyzv

7、vv；_222213xyzvvvv等概率假设14.2 理想气体状态方程理想气体状态方程 状态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系状态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系 .11KmolJ31. 8R摩尔气体常量摩尔气体常量222111TVpTVp对一定质量对一定质量的同种气体的同种气体0mpVRTM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：遵守三个实验定律的气体：遵守三个实验定律的气体 .波意尔波意尔-马略特定律马略特定律: : ()PVconstT一定盖吕萨克定律盖吕萨克定律: : ()VconstPT一定查理定律查理定律: : ()PconstVT一定理想气

8、体方程的简要形式理想气体方程的简要形式 0mNm一摩尔理想气体的分子数为 236.022 10/ANmol个AMN mANmRTN m(理想气体方程的简要形式) NnV为分子数密度 238.31 /6.022 10/ARJ mol KkNmol231.38 10/J K波尔兹曼常数波尔兹曼常数 阿伏伽德罗常数阿伏伽德罗常数0mPVRTMAN RPTnkTV Nm道尔顿分压定律：道尔顿分压定律：混合气体的压强等于其中各种气体分子混合气体的压强等于其中各种气体分子组分压强之总和。组分压强之总和。321pppp设系统的总质量为 ，分子总数为N，分子质量为 ， 0m . . . . . . . . .

9、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 小球在伽尔顿板小球在伽尔顿板中的分布规律中的分布规律 .14.3.1 统计规律性统计规律性14.3 气体分子的统计规律气体分子的统计规律大量偶然事件从整体上反大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性。映出来的一种规律性。某一事件某一事件 i 发生的概率为发生的概率为 Pi Ni -事件事件 i 发生的发生的 次数次数 N

10、 -各种事件发生的总次数各种事件发生的总次数limiiNNPN统计规律统计规律 当小球数当小球数 N 足够大时小球的分布具有统计规律足够大时小球的分布具有统计规律. iiixh设第 个小槽宽，槽内小球高 ， iiiiiNNNCh x小球总数 为 iiiiNNCh x该槽内小球数目正比于面积，即 iiiiiiiNh xPNh x i每个小球落入第 个槽的概率为0 ix时( )( ) ( )( )dP xdNh xf xdxNdxh x dx令( )( )( )dNh x dxdP xNh x dx( )f xx为小球沿 的分布密度函数。( )1f x dx 称为归一化条件。( )( )dP xf

11、 x dxxhov)(vfoSfNNdd)(dvv表示速率在表示速率在 区间的分子数占总区间的分子数占总分子数的百分比分子数的百分比 .d vvv1d)(d00vvfNNN 归一归一化条件化条件vvv dSd 表示在温度为 的平衡状态下，速率在 附近单位速率区间 的分子数占总数的百分比 .vT单个分子速率不可预知，大量分子的速率分布是遵循统计规律，单个分子速率不可预知，大量分子的速率分布是遵循统计规律，是确定的，这个规律也叫是确定的，这个规律也叫麦克斯韦速率分布律。麦克斯韦速率分布律。( )f v速率分布函数vv d)(dNfN 速率位于速率位于 内分子数内分子数d vvvvvvvd)(21fNN速率位于速率位于 区间的分子数区间的分子数12vv速率位于速率位于 区间的分子数占总数的百分比区间的分子数占总数的百分比12vv21( )dNfNvvvv10 T一定时一定时mvp1 1pvM20 m（M）一定时）一定时 Tvp v)(vf0M大M小小小pv大大pvv)(vf0小小T大大T小小pv大大pv22pkTRTvmM18()epmf vkT温度升高，峰值右移，高度下降