2021-2022学年高二物理竞赛课件：气体动理论(共18张PPT).pptx

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1、气体动理论 第一节第一节力学规律性力学规律性和和统计规律性统计规律性 3-2-1 力学规律性和统计规律性力学规律性和统计规律性一、力学规律性一、力学规律性确定性确定性：(1)线性动力学线性动力学 决定论决定论 (2)非线性动力学非线性动力学 出现出现“混沌混沌”混沌混沌 由于确定性系统中的由于确定性系统中的初值敏感性初值敏感性 （内在随机性内在随机性）而出现）而出现无规律运动无规律运动 （短期可预测而长期不可预测短期可预测而长期不可预测）可逆性：可逆性：t 改为改为-t，力学规律不变。，力学规律不变。即：即：时间反演不变时间反演不变例：例：自由落体录像倒放与上抛运动不可区分自由落体录像倒放与上

2、抛运动不可区分伽尔顿板实验伽尔顿板实验.粒子数按空间粒子数按空间位置分布曲线位置分布曲线 粒子落入其中一粒子落入其中一格是一个格是一个偶然事件偶然事件，大量粒子在空间的大量粒子在空间的分布服从分布服从统计规律统计规律。二、统计规律性二、统计规律性 1、概率性、概率性.终了终了.扩散扩散隔板隔板.开始开始2、方向性、方向性：.开始开始.汇聚汇聚隔板隔板.终了终了自由收缩自由收缩可能可能不可能不可能自由膨胀自由膨胀3-2-2 统计方法基础及统计物理的基本假设统计方法基础及统计物理的基本假设一、统计方法基础一、统计方法基础（自学自学：要求了解要求了解）二、统计物理的基本假设和基本原理二、统计物理的基

3、本假设和基本原理 1、基本假设、基本假设 等概率原理：等概率原理：对于平衡态的孤立体系，对于平衡态的孤立体系，总能量相等的各种微观粒子运动状态出现的总能量相等的各种微观粒子运动状态出现的概率相等。概率相等。2、基本原理、基本原理 宏观量是相应微观量的统计平均值宏观量是相应微观量的统计平均值麦克斯韦速度分布推广到处于保守力场麦克斯韦速度分布推广到处于保守力场中的气体。在平衡态，速度在中的气体。在平衡态，速度在(vx,vy ,vz)到到(vx+dvx,vy+dvy,vz+dvz)，而位置在而位置在 (x,y,z )到到(x+dx,y+dy,z+dz )范围内范围内的分子数为：的分子数为：式中式中

4、no 是在气体分子的势能为零处，单位是在气体分子的势能为零处，单位体积中所包含的各种速度的分子总数。体积中所包含的各种速度的分子总数。=+p 为分子的总能量为分子的总能量二、气体分子按势能分布二、气体分子按势能分布 在坐标区间在坐标区间 x x+dx，y y+dy，z z+dz 内具有所有各种速度的分子数为：内具有所有各种速度的分子数为：根据归一化条件，上式积分项的数值为根据归一化条件，上式积分项的数值为1。此式即分子按势能的分布规律，是玻尔此式即分子按势能的分布规律，是玻尔兹曼分布律的一种常用形式。兹曼分布律的一种常用形式。表示分子处于势能较高的位置的概率较表示分子处于势能较高的位置的概率较

5、小，即分子将优先占据势能较低的状态。小，即分子将优先占据势能较低的状态。若在重力场中若在重力场中 P=mgz，则任意高度，则任意高度 z 处处单位体积内的分子数为：单位体积内的分子数为：在势能在势能 P 处，单位体积中具有各种速处，单位体积中具有各种速度的分子数度的分子数 n 为：为：此式即重力场中微粒按高度的分布规律。此式即重力场中微粒按高度的分布规律。在温度一定时，大气压强随高度按指在温度一定时，大气压强随高度按指数规律减小。数规律减小。结论对于结论对于微元微元状态变化也成立，所以状态变化也成立，所以 dQ=3d(PV)=3d(RT)=3R dT C=dQ/dT=3R另一种解法：另一种解法

6、：状态方程：状态方程：PV=RT 过程过程方程：方程：P=V摩尔热容摩尔热容：C=dQ/dT=dE/dT+PdV/dT =CV+P dV/dT对关系式对关系式 V2=RT 两边求微分：两边求微分：2 VdV=RdT dV/dT=R/2 V=R/2P C=CV+P dV/dT=5R/2+R/2=3R V2=RT基本概念基本概念功、热量、内能、平衡态、功、热量、内能、平衡态、准静态过程、准静态过程、可逆过程与不可逆过程、可逆过程与不可逆过程、循环过程循环过程基本定律基本定律1、热力学第一定律热力学第一定律=d E+QdP dVEE=12+QP dV2、热力学第二定律热力学第二定律克劳修斯、开耳芬表

7、述克劳修斯、开耳芬表述：基本公式基本公式1 1、理想气体状态方程理想气体状态方程（1 1）同一状态同一状态 PV=RT=MRT/Mmol（2 2）同一系统同一系统 P1V1/T1=P2V2 /T23 3、绝热方程泊松方程绝热方程泊松方程P=VCVP=CCR=CCV+P2、摩尔热容摩尔热容 C=dQ/dT=CV+P dV/dTQ11AQQQ=2211QQ1=TT21=卡卡1122AQw=Q QQ2（2）致冷系数致冷系数卡诺循环卡诺循环（1）热机效率热机效率wTT=12T2卡卡基本概念基本概念基本公式基本公式理想气体、温度、自由度、内能、速率分理想气体、温度、自由度、内能、速率分布函数、速率布函数、速率(平均、最可几、方均根平均、最可几、方均根)2、压强公式：、压强公式：1、理想气体物态公式：、理想气体物态公式：PV=RT P=nkTP=23n w3、温度公式：、温度公式：w=kT32能量均分原理能量均分原理理想气体的内能理想气体的内能=2 kTi=EimolRT2(1 mol)=MimolM2ERTiPV2=(M kg)理想气体的热容量理想气体的热容量定体摩尔热容定体摩尔热容：CV=i R/2定压摩尔热容定压摩尔热容：CP=CV+R=(i+2)R/2泊松比泊松比：=CP/CV=(i+2)/i