2021-2022學(xué)年高二物理競賽課件：溫度的微觀意義(共14張PPT)

1、溫度的微觀意義 p = nkT由又所以揭示了溫度的統(tǒng)計意義:氣體的溫度是氣體分子平均平動動能的量度，是表征大量分子熱運(yùn)動劇烈程度的物理量。溫度是大量分子熱運(yùn)動的集體表現(xiàn)。對個別分子說它的溫度是多少是沒有意義的。方均根速率分子的平均平動動能只與T 有關(guān)，與氣體性質(zhì)無關(guān)。 溫度的微觀意義氣體壓強(qiáng)由統(tǒng)計假設(shè)分子平均平動動能 壓強(qiáng)（宏觀量）與分子平動動能（微觀量）的統(tǒng)計平均值成正比。壓強(qiáng)的物理意義宏觀可測量量微觀量的統(tǒng)計平均值壓強(qiáng)是大量分子對時間、對面積的統(tǒng)計平均結(jié)果問 為何在推導(dǎo)氣體壓強(qiáng)公式時不考慮分子間的碰撞 ？統(tǒng)計規(guī)律大量分子對器壁碰撞的總效果： 恒定的、持續(xù)的力的作用。單個分子對器壁的碰撞是偶

2、然的 、不連續(xù)的,說明(1) 壓強(qiáng) p 是一個統(tǒng)計平均量。它反映的是宏觀量p 和微觀量 的關(guān)系。對大量分子，壓強(qiáng)才有意義。(3) 壓強(qiáng)公式無法用實驗直接驗證。(2)氣體壓強(qiáng)表示， 正比于 和 ，以此可解釋一些宏觀現(xiàn)象。(4) 請注意在壓強(qiáng)公式推導(dǎo)中，所應(yīng)用的統(tǒng)計假設(shè)。 例7.1 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，氣體分子的平均平動動能有多大？1m3的氣體中有多少個氣體分子？這些分子的平均平動動能的總和是多少？解：(1)由氣體分子的平均平動動能與溫度的關(guān)系式(2) 由關(guān)系式 p = nkT，n 為1m3的氣體分子數(shù)(3) n個分子的平均平動動能總和為自由度（degree of freedom）在空間自由運(yùn)動的質(zhì)點:

3、在曲面上運(yùn)動的質(zhì)點:沿直線或曲線運(yùn)動質(zhì)點：一個獨立坐標(biāo) 自由度 i =13個平動自由度 i =3 二個獨立坐標(biāo) 自由度 i =2 質(zhì)點的自由度 確定一個物體的空間位置需要的獨立坐標(biāo)數(shù)。i運(yùn)動受到限制時自由度降低剛體的自由度自由運(yùn)動的剛體 (如手榴彈)確定質(zhì)心位置( x, y, z )3個平動自由度 t = 3確定過質(zhì)心的軸的方位 2個轉(zhuǎn)動自由度( , )再定剛體繞軸轉(zhuǎn)的角度（角位置 ）1個轉(zhuǎn)動自由度共有3個轉(zhuǎn)動自由度 r = 3自由剛體的自由度 i = t + r = 61）單原子分子 （將每個原子看作質(zhì)點） 氣體分子的自由度2）雙原子分子 a、剛性雙原子分子C .12b、非剛性雙原子分子 在

4、溫度較高時發(fā)生振動*C 轉(zhuǎn)軸剛性多原子分子 等同于自由剛體 說明：在溫度比較低的情況下，氣體分子可視為剛性分子。單原子分子 3 0 3雙原子分子 3 2 5多原子分子 3 3 6剛性分子的自由度分子自由度平動轉(zhuǎn)動總* 任一分子的平動自由度是 3 平均平動動能 能量按自由度均分定理因為所以，條件：在溫度為T 的平衡態(tài)下 1. 每一平動自由度具有相同的平均動能 2.平衡態(tài) 各自由度地位相等每一轉(zhuǎn)動自由度、每一振動自由度也具有與平動自由度相同的平均動能，其值也為表述 在溫度為T 的平衡態(tài)下，物質(zhì)(汽 液 固)分子的每個自由度具有相同的平均動能，其值為 。能量按自由度均分定理1)能量分配 沒有占優(yōu)勢的自由度2)注意紅框框中“詞”的物理含義 物質(zhì)： 對象無限制 - 普遍性的一面 平衡態(tài)： 對狀態(tài)的限制 平均動能：平均-統(tǒng)計的結(jié)果討論 是大量分子熱運(yùn)動的能量所遵循的統(tǒng)計 規(guī)律，是大量分子的集體表現(xiàn)。對個別分子，其熱運(yùn)動能量并不按自由度均分。 在碰撞的過程中，能量可以由一個分子傳遞給另外一個分子，可以由一種運(yùn)動轉(zhuǎn)化為另外一種形式的運(yùn)動，也可以由一個自由度轉(zhuǎn)移到另外一個自由度。這些轉(zhuǎn)變都是無規(guī)則的，但總的趨勢是各種形式的平均能量趨于相