1、1.熱學，統(tǒng)計物理-分子動力學理論熱力學-第一和第二定律；2.16世紀(明代)的伽利略溫度計，從鉆木取火到商周時期的青銅器；3.清初的瓦特蒸汽機；4，5。熱量介紹；1.熱量的基本概念；熱現象：熱現象是熱運動的宏觀表現，熱運動是熱現象的微觀本質。6.熱學是研究熱現象的理論，即研究物質熱運動規(guī)律和熱運動與其他物質運動形式相互轉化規(guī)律的科學。研究對象：由大量微觀粒子組成的系統(tǒng)。研究內容：熱運動形式及其與其他運動形式的相互轉換關系。宏觀描述方法和微觀描述方法1。宏觀描述方法：熱力學方法，熱力學：通過觀察和實驗總結的熱現象規(guī)律構成了熱現象的宏觀理論，稱為熱力學。熱力學方法的優(yōu)點：熱力學基本定律是自然界的

2、普遍規(guī)律，具有可靠性和普遍性。熱力學的局限性：1。它只適用于含有大量粒子的宏觀系統(tǒng)；2.它主要研究處于平衡態(tài)的物質的性質，但不能解決系統(tǒng)如何從非平衡態(tài)進入平衡態(tài)的過程。3.它把物質看作一個連續(xù)體，而不考慮物質的微觀結構。8.微觀描述過程：統(tǒng)計物理學，是熱物理學的微觀描述方法。基于物質由大量分子和原子組成的前提，它利用統(tǒng)計力學將宏觀性質視為由微觀粒子熱運動的統(tǒng)計平均值所決定的，從而找出微觀量和宏觀量之間的關系。微觀描述方法的局限性在于它在數學上遇到了很大的困難，以至于在作出簡化假設(微觀模型)后得到的理論結果與實驗并不完全一致。3，熱力學，統(tǒng)計物理學，取長補短，相得益彰，9，第4章，氣體動力學理

3、論，理想氣體的壓力和溫度，按自由度劃分能量的定理，麥克斯韋速度分布定律，分子運動的基本概念，10，氣體分子運動理論(氣體動力學理論):以氣體為研究對象。是統(tǒng)計物理學的基礎。單個分子是無序的、偶然的，遵循力學定律。整體(大量分子)服從統(tǒng)計規(guī)律。宏觀量：物理量(可直接測量)，代表大量分子的集體特征，如等。微觀量：描述單個分子(如分子等)運動狀態(tài)的物理量(不能直接測量)。11。微觀量和宏觀量有一定的內在聯(lián)系。根據物質由大量分子和原子組成的事實，分子動力學理論利用統(tǒng)計平均的方法，找出大量分子微觀量的平均值，建立宏觀量和微觀量之間的關系，從而解釋宏觀現象的微觀本質。1.分子運動理論的基本觀點；4.1分子

4、運動的基本概念；1.宏觀物體由大量粒子(分子、原子等)組成。)，分子之間有一定的間隙。-單原子分子，雙原子分子，多原子分子，2。分子不斷進行無序的熱運動，其強度與溫度有關。氣體、液體和固體的擴散，水和墨水的混合，互相擠壓的金屬板，所有宏觀的物體都是由大量的分子組成的，分子不斷地作不規(guī)則的熱運動，分子之間有相互作用的分子力。13、分子之間既有引力又有斥力，平衡位置和斥力起主要作用，引力起主要作用，而R分子有效作用半徑的分子力是短程力！14，分子運動-布朗運動-熱運動，內能：熱運動的能量，包括分子的動能和相互作用勢能。15，4.2平衡狀態(tài)方程，1。熱力系統(tǒng)根據系統(tǒng)與環(huán)境之間的物質和能量交換，系統(tǒng)可

5、分為三類： (i)孤立系統(tǒng)，也稱開放系統(tǒng)，系統(tǒng)與環(huán)境之間既沒有物質交換也沒有能量交換。封閉系統(tǒng)和環(huán)境之間只有能量交換，沒有物質交換。開放系統(tǒng)和環(huán)境之間既有物質交換，也有能量交換。16，2，平衡態(tài)和非平衡態(tài)，1。平衡態(tài)，孤立系統(tǒng)，不受外界條件影響，經過足夠長的時間，系統(tǒng)將達到宏觀性質不隨時間變化的狀態(tài)，1)唯一性(p，T，V處處相等)；狀態(tài)參數2)物質狀態(tài)的穩(wěn)定性與時間無關；3)自發(fā)過程的終點；4)熱力學平衡(不同于力平衡)，微觀粒子仍在不規(guī)則地運動。17歲。熱力學平衡的理想化概念表明了熱力學平衡狀態(tài)的條件，它可以用P、V和T圖來表示，而不用熱流。2.非平衡狀態(tài)，在本質上，平衡狀態(tài)是相對的、特殊

6、的、局部的和暫時的。18，單位，壓力-帕斯卡體積-立方米溫度-開爾文，19，4.2溫度和溫度計，1。溫度，在日常生活中，溫度經常被用來表示冷熱的程度。在微觀層面上，必須說明溫度是熱平衡系統(tǒng)中微觀粒子熱運動強度的量度。第二，熱力學第零定律。絕緣材料。不受外界影響，只要甲和乙同時與丙處于熱平衡，即使甲和乙不接觸，它們仍然處于熱平衡，這就是熱力學第零定律。3、熱力學第零定律的物理意義，熱平衡中的物體之間必須有一個相同的特征，即它們的溫度是相同的。第零定律不僅給出了溫度的概念，還指出了判斷溫度是否相同的方法。溫度計，21，3，溫度標度，1，溫度標度的建立，溫度的數值表達式稱為溫度標度，溫度標度，攝氏標

7、度：t=0100C，熱力學溫度標度：T=273.16 t，開爾文，2，熱力學溫度標度，這是一個溫度標度，獨立于溫度測量物質和性質，水的三相點對于具有一定質量的同類氣體，理想氣體的宏觀定義是：實際氣體具有不太高的壓力和不太低的溫度都可以視為理想氣體，并且，23，馬坡定律PV=常數，蓋魯薩克定律V/T=常數，查理定律P/T=常數，m是氣體的質量和它的摩爾質量。R8.31 J/(molK)是摩爾氣體常數。理想氣體狀態(tài)方程，24，5，實際氣體狀態(tài)方程，昂納斯方程，用實際氣體修正理想狀態(tài)方程：甲、乙、丙等。是溫度t的函數，稱為威利系數，它與實際的氣體性質有關，由實驗確定，范德瓦爾斯方程(考慮分子吸引和排

8、斥)，25，4.3統(tǒng)計定律的基本概念，隨機事件：在統(tǒng)計規(guī)則：中一個規(guī)則反映了作為一個整體的大量偶然事件。不可避免的事件，不可避免的發(fā)生。不會發(fā)生。隨機事件不能預先確定它們是否發(fā)生在一個測試中，但是大量的重復測試遵循一定的統(tǒng)計規(guī)律。例如，擲骰子，擲硬幣n次，面朝上NA次。當n大時，擲硬幣的統(tǒng)計規(guī)律，PA表示正面出現的概率。27、示例2。高爾頓板，28，陰影矩形區(qū)域是球落入XX槽的數量。以高爾頓的平板實驗為例，29，4.3物質的微觀模型，1。無序是氣體分子熱運動的基本特征，系統(tǒng)中的每一個分子都在不斷地進行不規(guī)則的熱運動，而且碰撞極其頻繁，所以分子之間的能量交換也極其頻繁，從而使分子的平均速度相同，

9、身體各部分的溫度和壓力趨于相等，從而達到平衡狀態(tài)。無序包含統(tǒng)計規(guī)律性。盡管無序是氣體分子熱運動的基本特征，但大量偶然的、無序的分子運動包含著一種統(tǒng)計規(guī)律，即速度的方向分布是均勻的，并且在所有方向上運動的分子數是相同的。30，2。波動現象，偏離統(tǒng)計平均值的現象稱為波動現象，即所有與熱運動有關的宏觀量都是統(tǒng)計平均值，某一時刻或局部范圍內的實際值都偏離統(tǒng)計平均值。(投擲硬幣10次的概率可能與投擲硬幣10000次的概率不同。)，粒子數量越多，波動現象越??；粒子數越少，波動現象越明顯。統(tǒng)計規(guī)律具有以下特點： (1)它僅對大量的偶然事件有意義；(2)它是不同于個別規(guī)律的總體規(guī)律(量變到質變)；(3)它總是

10、伴隨著波動；(31) 4.4理想氣體微觀描述的基本理論；(1)理想氣體的微觀模型；(1)分子的大小比分子間距小得多，而粒子可以忽略不計；(2)。分子在兩次碰撞之間以勻速直線自由運動。3.理想氣體在平衡狀態(tài)下，分子之間以及分子與壁之間的碰撞完全是彈性碰撞。在常溫下，壓力低于幾個大氣壓的氣體通?？梢詽M足理想氣體方程。4.分子的運動遵循經典力學定律，重力勢能被忽略。3.理想氣體壓力公式，假設在邊長為l1、l2和l3的長方體中有n個相同的質量為m的氣體分子，計算出壁面上的壓力。壓力的本質：氣體在壁上的壓力是大量分子不斷與容器碰撞的統(tǒng)計平均結果。33，單個分子與壁的碰撞特性：偶然的和不連續(xù)的。大量分子碰

11、撞壁面的總效應：恒力和連續(xù)力(類似于雨滴對雨傘的撞擊)，熱力學平衡統(tǒng)計定律(平衡態(tài))，1)分子按位置分布均勻，2)分子在各個方向的運動概率相等，分子在各個方向的運動速度為34。方向速度平方的平均值，在所有方向上的相等運動概率，相等概率假設：35，單個分子遵循力學定律，在X方向上的動量變化，分子施加在壁上的沖量，兩次碰撞之間的間隔，每單位時間的碰撞次數，每單位時間單個分子施加在壁上的沖量，36，每單位時間單個分子施加在壁上的沖量，大量分子的總效應， 單位時間內N個粒子對壁面施加的總沖量，37，平均沖量，氣體壓力，統(tǒng)計規(guī)律，分子的平均平移動能，38，分子的平均平移動能，壓力是大量分子在時間和面積上

12、的統(tǒng)計平均結果。 壓力的含義：1。壓力公式建立了宏觀量和微觀量之間的關系。它表明氣體壓力與每單位體積的分子數和分子的平均平移動能成正比。2.解釋了壓力的微觀本質，即氣體的壓力代表了單位面積、單位時間內大量氣體分子作用于壁面的平均沖量。3.壓力是描述大量分子集體行為的平均效應的統(tǒng)計物理量，對單個分子來說毫無意義。40，n:分子數密度，讓一種質量為m的理想氣體包含n個分子，如果分子質量為m，那么m=Nm，avogadro定律：在相同的壓力和溫度下，所有種類的理想氣體在相同的體積中包含相同數量的分子。阿伏伽德羅定律，秩序，玻爾茲曼常數。與下面兩個公式相比：絕對溫度是分子熱運動強度的量度；1.溫度公式

13、從分子運動理論的角度定義溫度，表明氣體的溫度只與分子的平均平移動能有關，是氣體分子平均平移動能的量度。2.粒子熱運動的平均動能與粒子質量無關，如果氣體被壓縮和加熱，使其溫度從27上升到177，體積減半，氣體壓力會變化多少？此時氣體分子的平均平移動能變化了多少？解決方案：45，46，2。道爾頓分壓定律和分體積定律。它是將各種互不反應的氣體在容器中混合達到平衡狀態(tài)，然后混合氣體的壓力為，混合理想氣體的總壓力等于各成分氣體的分壓之和；混合理想氣體的總體積等于各組分氣體的部分體積之和；相同的溫度和壓力。溫度和壓力不同。溫度相同，但氦的壓力大于氮的壓力。溫度相同，但氦的壓力小于氮的壓力。一瓶氦氣和一瓶氮

14、氣的密度相同，分子的平均平移動能相同，并且它們都處于平衡狀態(tài)，那么它們的理想氣體體積為V，壓力為P，溫度為T，分子質量為M，K為玻璃，R為摩爾氣體常數，那么理想氣體的分子數為：(A) (B) (C) (D)，溶液，(49)，某一氣體系統(tǒng)以： N分子為研究對象，1。速度分布函數f (v)，分子速度分布在0之間，vv和dv之間有dN分子，麥克斯韋氣體分子速度分布率為4.4。f (v):它表示在接近v的單位速率區(qū)間內分子數占分子總數的百分比，是速率v的函數，稱為氣體分子的速率分布函數。50，分布函數的圖形表示，f (v)表示單位速率區(qū)間的面積?？偯娣e：分布函數的歸一化條件，51，2，麥克斯韋速率分布

15、定律，分子數占分子速率的百分比在vv dv區(qū)間的理想氣體的平衡態(tài)是：一個分子質量，氣體熱力學溫度，玻爾茲曼常數，52，表明速率分布曲線是一個統(tǒng)計定律，它只適用于由大量分子組成的氣體。DN僅代表某一速率附近dv速率區(qū)間內分子數的統(tǒng)計平均值，該值在宏觀上足夠小，在微觀上足夠大。談論速率等于某個值的分子數是沒有意義的。思考：以下意思，54，3。三個統(tǒng)計比率，1。最可能速率(最可能速率)vp，在一定溫度下，vp附近單位速率區(qū)間內的相對分子數最大，即vp對應于曲線f(v)的最大值，得到3360，2。平均利率，3。平均根速率，55平均速度：用于研究分子碰撞；平均根速率：用于研究分子的平均平移動能；三者都有不同的用途！許多行星的溫度達到108K。在這個溫度下，原子不再存在，但氫原子核(質子)確實存在。如果氫原子核被認為是理想氣體，(1)氫原子核的均方根速率是多少？(2)氫原子核的平均平移動能是多少？解： (1)，(2)，57，內能，能量共享定理，能量共享定理，氣體內能：所有氣體分子的動能和勢能之和。在力學中，自由度是指確定物體空間位置所需的獨立坐標數，所謂的獨立坐標數是指描述物體位置所需的最小坐標數。自由度是描述物體運動自由度的物理量。根據自由度原則，能量被平均分配。當一艘船在海平面上行駛時，它至少需要二維坐標來描述船的位置，所以自由度是2。飛機在空中飛