高二物理竞赛气体动理论的压强和温度公式课件.pptx

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1、第五章 气体动理论,5-3 气体动理论的压强和温度公式,2,5. 气体动理论,5.1 热运动的描述 理想气体模型和状态方程5.2 分子热运动和统计规律5.3 气体动理论的压强和温度公式5.4 能量均分定理 理想气体的内能5.5 麦克斯韦速率分布律5.6* 麦克斯韦-玻尔兹曼能量分布律 重力场中粒子按高度的分布5.7 分子碰撞和平均自由程5.8* 气体的输运现象5.9* 真实气体 范德瓦耳斯方程,理想气体的微观模型 理想气体压强公式的推导 温度的本质和统计意义 气体分子的方均根速率,3,理想气体的微观模型,1、 忽略分子大小 ( 看作质点 )分子线度 分子间平均距离。 体现气态特性。2、忽略分子

2、间的作用力，忽略重力 (分子间碰撞 、分子与器壁碰撞时除外)3、完全弹性碰撞(分子之间、分子与器壁) = 能量守恒 （动能）4、分子服从经典力学规律 (不需要采用量子论),气体被看作：自由地、无规则地运动着的弹性球分子的集合。,4,理想气体分子的统计假设,1、平衡态时，分子按位置的分布均匀分子在各处出现的几率相同 ( 重力不计 )容器内各处分子数密度 n ( 单位体积中的分子数 ) 相同:,统计假设是对大量分子而言。,2、平衡态时，分子速度按方向的分布均匀由于碰撞，分子往各方向运动的概率相同：,N：一定量气体的总分子数V：一定量气体占的体积,其中：,5,理想气体压强公式 (宏观量),前提：平衡

3、态分子总数 N ，分子质量 m 矩形容器 = l1l2l3忽略重力，气体均匀分布，6 个面压强相同，考虑S 面.,推导：,(1) 一个分子碰壁一次对壁的冲量,(2) t内一个分子对壁的冲量(多次),(3) t内N个分子对S的冲量,(4) S面上的压强,6,理想气体压强公式,对第 i 个分子,(1) 一个分子碰壁一次对壁的冲量,碰前速度：,碰后速度：, 面光滑 (无摩擦)，弹性碰撞：,分子 i 碰 面一次受的冲量：,分子 i 碰 面一次，对 面的冲量：,7,理想气体压强公式,t内分子 i 碰 S 面的次数:,(2) t内一个分子 i 对壁的冲量（多次）,x方向所经过的路程：,碰撞次数：,t内分子

4、 i 对 S 面的冲量：,8,理想气体压强公式,(3) t内N个分子对S面的冲量,S受的平均冲力：,(4) S面上的压强,S面上的压强：,分子平均平动动能,9,理想气体压强公式,压强公式显示了宏观量和微观量的关系。压强是大量分子碰撞器壁的平均作用力 ( 单位面积上 ) 的统计平均值。压强是统计概念，只能用于大量分子的集体。 不是力学规律！与容器的形状无关。分子间的碰撞对结论没有影响？解释：m,T不变，V p；m,V不变，T p,讨论：,（见下页）,10,理想气体的温度公式,推导：,理想气体状态方程：,理想气体压强公式：,(玻尔兹曼常量),代入(1)得：,(1),令：,11,理想气体的温度公式,

5、讨论：,分子的平均平动动能仅与温度成正比；系统的温度越高，分子的平均平动能就越大；气体的温度是气体分子平均平动动能的量度。温度是表征物质内部分子不规则运动激烈程度的物理量。气体的温度是气体分子热运动的集体表现，具有统计的意义；对个别分子，说它有温度是没有意义的。,热力学第三定律：热力学零度是不能达到的。, 分子的运动是用不停息的，而热力学温度零度将是理想气体分子热运动停止时的温度。,思考题1,对一定量的气体来说，当温度不变时，气体的压强随体积的减少而增大；当体积不变时，压强随温度的升高而增大。从微观角度看，二者是否有区别？,12,思考题2,冬天、夏天打入轮胎中的空气质量是否相同？压强相同,13

6、,压强与温度T和单位体积的分子数n有关。假设轮胎的容积V在四季都一样，可承受的压强p也不变。夏天温度高，充入轮胎的分子数N就少些。从微观观点看：夏天温度高，空气分子的平均平动动能高，平均说，单个分子对轮胎的碰撞冲量增大，较少的分子数就能保证足够的压强。,14,气体分子的方均根速率,计算：5，11，32，67，89 平均数、方均根值.,15,例题 5-3,一容器内装有气体，温度为270C。问：（1）压强为1.013105 Pa时，在1 m3中有多少个分子；（2）在高真空时，压强为1.3310-5 Pa , 在1 m3中有多少个分子?,16,例题 5-4,试求氮气分子的平均平动动能和方均根速率，设（1）在温度t=10000C时，（2）在温度t=00C时， （3）在温度t=-1500C时?,