1、熱現(xiàn)象：當物體的冷熱程度發(fā)生變化時，物體的大小、形態(tài)、 力學和電學性質(zhì)等等也將發(fā)生變化，把這些與物體的冷熱程度有關(guān)的物理性質(zhì)以及狀態(tài)的變化，統(tǒng)稱為熱現(xiàn)象。,例：物體受熱后體積膨脹 水冷卻到一定程度后會結(jié)冰 鋼件經(jīng)過熱處理后硬度會發(fā)生變化 導線受熱后電阻值會發(fā)生變化等等。,熱運動 : 構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的永不休止 的無規(guī)則運動 .,研究對象：,研究方法,1. 熱力學 宏觀描述,實驗經(jīng)驗總結(jié)， 給出宏觀物體熱現(xiàn)象的規(guī)律， 從能量觀點出發(fā)，分析研究物態(tài)變化過程中熱功轉(zhuǎn) 換的關(guān)系和條件 .,1）具有可靠性； 2）知其然而不知其所以然； 3）應(yīng)用宏觀參量 .,2. 氣體動理論（統(tǒng)計物理） 微觀描

2、述,研究大量數(shù)目的熱運動的粒子系統(tǒng)，應(yīng)用模 型假設(shè)和統(tǒng)計方法 .,1）揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)； 2）有局限性，與實際有偏差，不可任意推廣 .,一 了解氣體分子熱運動的圖像 .理解平衡態(tài)、平衡過程、理想氣體等概念.,二 理解理想氣體的壓強公式和溫度公式， 通過推導氣體壓強公式，了解從提出模型、進行統(tǒng)計平均、建立宏觀量與微觀量的聯(lián)系，到闡明宏觀量的微觀本質(zhì)的思想和方法 . 能從宏觀和微觀兩方面理解壓強和溫度等概念 . 了解系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)是微觀運動的統(tǒng)計表現(xiàn) .,教學基本要求,五 了解氣體分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程 .,四 了解麥克斯韋速率分布律、 速率分布函數(shù)和速率分布曲線的物理意義 . 了解氣體分

3、子熱運動的三種統(tǒng)計速度 .,三 了解自由度概念，理解能量均分定理，會計算理想氣體（剛性分子模型） 的內(nèi)能 .,作業(yè),P233- 7,12 18,21 P235-27,7.1.1 平衡態(tài),1、熱力學系統(tǒng),根據(jù)系統(tǒng)與外界交換能量或物質(zhì)的特點，可以把熱力學系統(tǒng)分為三種：,(1) 孤立系統(tǒng)與外界既無能量交換，又無物質(zhì)交換的系統(tǒng),(2) 封閉系統(tǒng)與外界只有能量交換，但無物質(zhì)交換的系統(tǒng),(3) 開放系統(tǒng)與外界既有能量交換，又有物質(zhì)交換的系統(tǒng),由大量微觀粒子（分子、原子等微觀粒子）所組成的宏觀物體或系統(tǒng)。,（1）宏觀描述 宏觀狀態(tài)：由大量微觀粒子所組成的系統(tǒng)整體在 大范圍內(nèi)所體現(xiàn)的狀態(tài)。 宏觀量： 所有可觀

4、測的反映了大量分子的集體特 性的物理量，稱之為宏觀 量。如：P、 V、T。,2、宏觀狀態(tài)和微觀狀態(tài),（2）微觀描述 微觀狀態(tài)：系統(tǒng)內(nèi)每一個分子所描述的力學狀態(tài)。 微觀量： 反映系統(tǒng)內(nèi)每一個分子的微觀運動狀態(tài) （如力學狀態(tài)）的物理量， 稱之為微觀量。 如： 、 。 微觀量是不可測的。,3、 平衡態(tài)和非平衡態(tài),平衡態(tài)：指在不受外界影響的條件下（外界對系統(tǒng)既不作功也不傳熱），系統(tǒng)的所有可觀測的宏觀性質(zhì)（即宏觀量P、V、T）不隨時間而發(fā)生變化的狀態(tài)。,反之則為非平衡態(tài)。,(1)單一性 ( p ， T 處處相等)； (2)物態(tài)的穩(wěn)定性 與時間無關(guān)； (3)自發(fā)過程的終點； (4)熱動平衡(有別于力平衡)

5、.,4、 氣體的物態(tài)參量及其單位（宏觀量）,標準大氣壓： 緯度海平面處, 時的大氣壓.,3 溫度 : 氣體冷熱程度的量度（熱學描述）.,單位：溫標 （開爾文）.,如果物體A和B分別與物體C處于熱平衡的狀態(tài)，那么A和B之間也處于熱平衡.,7.1.2 溫度,2、熱力學第零定律,溫度是表征物體冷熱程度的宏觀狀態(tài)參量。 溫度概念的建立是以熱平衡為基礎(chǔ)的。,、溫度概念,處在相互熱平衡狀態(tài)的系統(tǒng)必定擁有某一個共同的物理性質(zhì)，我們把描述系統(tǒng)這一共同宏觀性質(zhì)的物理量稱為系統(tǒng)的溫度 。,7.1.3 理想氣體狀態(tài)方程,狀態(tài)方程：理想氣體平衡態(tài)宏觀參量間的函數(shù)關(guān)系 .,摩爾氣體常量,對一定質(zhì)量的同種氣體,理想氣體狀

6、態(tài)方程（一）,理想氣體宏觀定義：遵守三個實驗定律的氣體 .,k 稱為玻耳茲曼常量.,n =N/V，為氣體分子數(shù)密度.,理想氣體狀態(tài)方程二,補充： 一 、分子運動論的基本觀點,阿伏伽德羅常數(shù)：1 mol 物質(zhì)所含的分子（或原子）的數(shù)目均相同 .,1、宏觀物體是由大量的分子組成的，分子間存在間隙；,自然界有很多現(xiàn)象是可以說明物質(zhì)的構(gòu)造是“不連續(xù)”的，而是由大量彼此間有空隙的分子或原子所構(gòu)成的。,例： 氣體：液化石油氣被壓縮在鋼瓶里。 液體：把水和酒精兩種不同的液體加以混合，發(fā)現(xiàn)混合后的液體的體積小于二者原來的體積之和。 固體：對儲存在鋼瓶里的油增加壓強，當壓強增加到 時，就會發(fā)現(xiàn)油從鋼瓶壁上滲出來

7、。,2、所有的分子都在作永不停息的無規(guī)則（無序）的運動，運動的劇烈程度與物體的溫度有關(guān)。,分子的無規(guī)則的運動（無序性）：熱運動 分子無規(guī)則運動的最有力的證據(jù)就是布朗運動。,3、分子間存在分 子 力,當 時，分子力主要表現(xiàn)為斥力；當 時，分子力主要表現(xiàn)為引力.,即做到牛頓力學的決定性和統(tǒng)計力學的概率性的統(tǒng)一。,二分子熱運動的無序性及統(tǒng)計規(guī)律,單個分子 無序、具有偶然性、遵循力學規(guī)律.,整體（大量分子） 服從統(tǒng)計規(guī)律 .,大量的偶然、無序的分子運動中，包含著一種規(guī)律性，這種規(guī)律性是大量分子所構(gòu)成的系統(tǒng)呈現(xiàn)出來的一種規(guī)律，稱之為統(tǒng)計規(guī)律。,小球在伽爾頓板中的分布規(guī)律 .,統(tǒng)計規(guī)律 當小球數(shù) N 足夠

8、大時小球的分布具有統(tǒng)計規(guī)律.,設(shè) 為第 格中的粒子數(shù) .,概率 粒子在第 格中出現(xiàn)的可能性大小 .,歸一化條件,粒子總數(shù),例： 全班男女比例失調(diào)，但全國男女比例一定(118:100)； 火車春運規(guī)律并不因為某些人的改變而改變。 - 服從統(tǒng)計規(guī)律,1）分子可視為質(zhì)點； 線度 間距 ;,2）除碰撞瞬間, 分子間無相互作用力；,6.2.1 理想氣體的微觀模型與統(tǒng)計假設(shè)：,4）分子的運動遵從經(jīng)典力學的規(guī)律 .,3）彈性質(zhì)點（碰撞均為完全彈性碰撞）；,1、理想氣體的微觀模型,2、理想氣體分子的統(tǒng)計假設(shè),容器中任一位置處單位體積內(nèi)的分子數(shù)相同。 分子數(shù)密度（ ）： 單位體積內(nèi)的分子數(shù),對大量分子而言，分子

9、向任何一個方向運動的幾率相同。 A.沿各個方向運動的分子數(shù)目相同； B.在具有相同速率的分子中，向各個方向運動的分子數(shù)目相同； C.分子的速率在各個方向的分量的各種統(tǒng)計平均值相等。,6.2.2 理想氣體壓強公式,1、氣體壓強本質(zhì)的定性解釋,例：雨中打傘的經(jīng)驗,氣體壓強：是大量無規(guī)則運動的分子對器壁不斷碰撞的宏觀結(jié)果 。,單個分子對器壁碰撞特性 : 偶然性 、不連續(xù)性,大量分子對器壁碰撞的總效果 ： 恒定的、持續(xù)的力的 作用 .,設(shè) 邊長分別為 x、y 及 z 的長方體中有 N 個全同的質(zhì)量為 m 的氣體分子，計算 壁面所受壓強 .,2、 理想氣體壓強公式的推導,各方向運動概率均等,方向速度平方

10、的平均值,各方向運動概率均等,因為分子向各方向運動的概率均等,分子運動速度,分子施于器壁的沖量,單個分子單位時間施于器壁的沖量,x方向動量變化,兩次碰撞間隔時間,單位時間碰撞次數(shù),單個分子遵循力學規(guī)律,單位時間 N 個粒子對器壁總沖量,大量分子總效應(yīng),單個分子單位時間施于器壁的沖量,器壁 所受平均沖力,氣體壓強,統(tǒng)計規(guī)律,一個理想氣體分子的平均平動動能,器壁 所受平均沖力,統(tǒng)計關(guān)系式,壓強是大量分子對時間、對面積的統(tǒng)計平均結(jié)果 .,分子平均平動動能：,理想氣體壓強公式,理想氣體狀態(tài)方程,6.3.1 溫度的統(tǒng)計解釋,（3）在同一溫度下各種氣體分子平均平動動能均相等；,（1）溫度是分子平均平動動能

11、的量度.,（2）溫度是大量分子的集體表現(xiàn).,（4）熱力學溫度不可能為零。,熱運動與宏觀運動的區(qū)別：溫度所反映的是分子的無規(guī)則運動，它和物體的整體運動無關(guān)，物體的整體運動是其中所有分子的一種有規(guī)則運動的表現(xiàn).,7.3.2 氣體分子的方均根速率,稱之為氣體分子的方均根速率。,（A）溫度相同、壓強相同. （B）溫度、壓強都不同. （C）溫度相同，氦氣壓強大于氮氣壓強. （D）溫度相同，氦氣壓強小于氮氣壓強.,解,1 一瓶氦氣和一瓶氮氣密度相同，分子平均平動動能相同，而且都處于平衡狀態(tài)，則：,2 理想氣體體積為 V ，壓強為 p ，溫度為 T . 一個分子 的質(zhì)量為 m ，k 為玻耳茲曼常量，R 為摩

12、爾氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為：,（A） （B） （C） （D）,解,作業(yè)：P227 65、610,自由度：確定物體在空間的位置所需的獨立坐標的數(shù)目。（或分子能量中獨立的速度和坐標的二次方項數(shù)目叫做分子能量自由度的數(shù)目，簡稱為自由度）,6.4.1 自由度( ),自由度數(shù)目,單原子分子平均能量,6.4.2 能量均分定理（玻爾茲曼假設(shè)）,氣體處于平衡態(tài)時，分子任何一個自由度的平 均能量都相等，均為 ，這就是能量按自由度 均分定理 .,一個理想氣體分子 的平均能量：,能量均分定理:,單原子分子： 雙原子分子： 多原子分子：,6.4.3 理想氣體的內(nèi)能,氣體的內(nèi)能 ：分子動能和分子內(nèi)原子間的勢能之

13、和 .,1 mol 理想氣體的內(nèi)能,理想氣體的內(nèi)能 ：分子動能,理想氣體內(nèi)能變化,內(nèi)能是T（狀態(tài)）的單值函數(shù)，是描述氣體系統(tǒng)宏觀狀態(tài)的物理量。,理想氣體的內(nèi)能,6.5.1 氣體分子的速率分布 分布函數(shù),測定分子速率分布的實驗,分子速率分布圖,：分子總數(shù),為速率在 區(qū)間的分子數(shù).,表示速率在 區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比 .,分布函數(shù),表示速率在 區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比 .,歸一化條件,速率位于 內(nèi)分子數(shù),速率位于 區(qū)間的分子數(shù),速率位于 區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比,麥氏分布函數(shù),6.5.2 麥克斯韋速率分布規(guī)律,反映理想氣體在熱動 平衡條件下，各速率區(qū)間 分子數(shù)占總分子數(shù)的百分 比的規(guī)律

14、 .,麥克斯韋速率分布曲線,特點：,1.氣體分子的速率可以從0到無窮大；,2. 先隨著 的增大而增大，當 時， 達到最大， 之后，將隨著 的增大而減?。?3.具有中等速率的分子占的幾率大，較大和較小速率的分子占的幾率小。,6.5.3 分子速率的3個統(tǒng)計值,1）最概然速率,根據(jù)分布函數(shù)求得,2）平均速率,3）方均根速率,麥克斯韋速率分布中最概然速率 的概念 下面哪種表述正確？ （A） 是氣體分子中大部分分子所具有的速率. （B） 是速率最大的速度值. （C） 是麥克斯韋速率分布函數(shù)的最大值. （D） 速率大小與最概然速率相近的氣體分子的比 率最大.,例 計算在 時，氫氣和氧氣分子的方均根速率 .,氫氣分子,氧氣分子,1）,2）,例 已知分子數(shù) ，分子質(zhì)量 ，分布函數(shù) 求 1） 速率在 間的分子數(shù)； 2）速率 在