2021-2022学年高二物理竞赛课件：温度的微观意义(共14张PPT).pptx

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1、温度的微观意义温度的微观意义 p=nkT由由又又所以所以揭示了温度的揭示了温度的统计意义统计意义:气体的气体的温度是温度是气体气体分子平均平动动能的量度，分子平均平动动能的量度，是表征大量分子热运动剧烈程度的物理量。是表征大量分子热运动剧烈程度的物理量。温度是大量分子热运动的集体表现。对个别分温度是大量分子热运动的集体表现。对个别分子说它的温度是多少是没有意义的。子说它的温度是多少是没有意义的。方均根速率方均根速率分子的分子的平均平动动能平均平动动能只与只与T 有关，与气体性质无关。有关，与气体性质无关。温度的微观意义温度的微观意义气体气体压强压强由统计假设由统计假设分子平均平动动能分子平均平

2、动动能 压压强强（宏宏观观量量）与与分分子子平平动动动动能能（微微观观量量）的统计平均值成正比。的统计平均值成正比。压强的物理压强的物理意义意义宏观可测量量宏观可测量量微观量的统计平均值微观量的统计平均值压强是压强是大量大量分子对时间、对面积的分子对时间、对面积的统计平均统计平均结果结果问问为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞？统计规律统计规律大量大量分子对器壁碰撞的总效果：分子对器壁碰撞的总效果：恒定的、持续恒定的、持续的力的作用。的力的作用。单个单个分子对器壁的碰撞是偶然的分子对器壁的碰撞是偶然的、不连续的、不连续的,说明说明(1)压强压强

3、p 是一个统计平均量。是一个统计平均量。它反映的是它反映的是宏观量宏观量p 和和微观量微观量 的关系。对大量分子，压强才有意义。的关系。对大量分子，压强才有意义。(3)压强公式无法用实验直接验证。压强公式无法用实验直接验证。(2)气气体体压压强强表表示示，正正比比于于 和和 ，以此可解释一些宏观现象。，以此可解释一些宏观现象。(4)请注意在压强公式推导中，所应用的统计假设。请注意在压强公式推导中，所应用的统计假设。例例7.1 在标准状态下，气体分子的平均平动动能有在标准状态下，气体分子的平均平动动能有多大？多大？1m3的气体中有多少个气体分子？这些分子的的气体中有多少个气体分子？这些分子的平均

4、平动动能的总和是多少？平均平动动能的总和是多少？解：解：(1)(1)由气体分子的平均平动动能与温度的关系式由气体分子的平均平动动能与温度的关系式(2)由关系式由关系式 p=nkT，n 为为1m3的气体分子数的气体分子数(3)(3)n个分子的平均平动动能总和为个分子的平均平动动能总和为自由度自由度（degree of freedom）在空间自由运动的质点在空间自由运动的质点:在曲面上运动的质点在曲面上运动的质点:沿直线或曲线运动质点：沿直线或曲线运动质点：一个独立坐标一个独立坐标 自由度自由度 i=13个个平动平动自由度自由度 i=3 二个独立坐标二个独立坐标 自由度自由度 i=2u 质点的自由

5、度质点的自由度 确定一个物体的空间位置需要的确定一个物体的空间位置需要的独立独立坐标数。坐标数。i运动受到限制时自由度降低运动受到限制时自由度降低u刚体的自由度刚体的自由度自由自由运动的运动的刚体刚体 (如手榴弹如手榴弹)确定质心位置确定质心位置(x,y,z)3个平动个平动自由度自由度 t t=3确定确定过过质心质心的的轴的方位轴的方位 2个转动个转动自由度自由度(,)再定刚体绕轴转的角度（角位置再定刚体绕轴转的角度（角位置）1个个转动转动自由度自由度共有共有3个转动个转动自由度自由度 r=3自由自由刚体刚体的自由度的自由度 i=t+r=61）单原子分子）单原子分子 （将每个原子看作质点）（将

6、每个原子看作质点）u气体气体分子的自由度分子的自由度2 2）双原子分子）双原子分子 a、刚性刚性双原子分子双原子分子C C.1 12 2b、非刚性、非刚性双原子分子双原子分子在温度较高时发生振动在温度较高时发生振动*C 转轴转轴刚性刚性多原子分子多原子分子 等同于自由刚体等同于自由刚体 说明：在温度比较低说明：在温度比较低的情况下，气体分子可视的情况下，气体分子可视为刚性分子。为刚性分子。单单原子分子原子分子303双双原子分子原子分子325多多原子分子原子分子336刚性刚性分子的自由度分子的自由度分子分子自由度自由度平动平动转动转动总总*任一分子的任一分子的平动平动自由度自由度是是 3 平均平

7、均平动平动动能动能 能量按自由度均分定理能量按自由度均分定理因为因为所以所以，条件：在温度为条件：在温度为T 的平衡态下的平衡态下 1.每一每一平动平动自由度具有相同的自由度具有相同的平均动能平均动能 2.平衡态平衡态 各自由度地位相等各自由度地位相等每一每一转动转动自由度、每一自由度、每一振动振动自由度也具有自由度也具有与平动自由度相同的平均动能，其值也为与平动自由度相同的平均动能，其值也为表述表述 在温度为在温度为T 的的平衡态平衡态下，下，物质物质(汽汽 液液 固固)分子的每个自由度具有相同的分子的每个自由度具有相同的平均动能平均动能，其值为其值为 。能量按自由度均分定理能量按自由度均分

8、定理1)能量分配能量分配 没有占优势的自由度没有占优势的自由度2)注意红框框中注意红框框中“词词”的物理含义的物理含义 物质：物质：对象无限制对象无限制-普遍性的一面普遍性的一面 平衡态：平衡态：对状态的限制对状态的限制 平均动能：平均动能：平均平均-统计的结果统计的结果讨论讨论 是是大大量量分分子子热热运运动动的的能能量量所所遵遵循循的的统统计计 规规律律，是是大大量量分分子子的的集集体体表表现现。对对个个别别分分子，其热运动能量并不按自由度均分。子，其热运动能量并不按自由度均分。在碰撞的过程中，能量可以由一个分子在碰撞的过程中，能量可以由一个分子传递传递给另外一个分子，可以由一种运动给另外一个分子，可以由一种运动转化转化为另外一为另外一种形式的运动，也可以由一个自由度种形式的运动，也可以由一个自由度转移转移到另外到另外一个自由度。一个自由度。这些转变都是无规则的，但总的趋这些转变都是无规则的，但总的趋势是各种形式的平均能量趋于相等势是各种形式的平均能量趋于相等。因为没有任。因为没有任何理由使得哪一种运动形式更占优势。何理由使得哪一种运动形式更占优势。当达到平衡时，从微观上说这些转变仍在不当达到平衡时，从微观上说这些转变仍在不断进行，但总能量却是通过碰撞而机会均等地分断进行，但总能量却是通过碰撞而机会均等地分配到每一个自由度。配到每一个自由度。