分子物理學(xué)基礎(chǔ)課件

分子物理學(xué)基礎(chǔ)第四章分子物理學(xué)基礎(chǔ)分子物理學(xué)基礎(chǔ)第四章分子物理學(xué)基礎(chǔ)1

一能從宏觀和統(tǒng)計(jì)意義上理解壓強(qiáng)、溫度等概念。了解了解系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)是微觀運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)，了解統(tǒng)計(jì)方法。

二

掌握分子平均能量按自由度均分原理，會(huì)計(jì)算理想氣體的內(nèi)能。教學(xué)基本要求

三

理解麥克斯韋速度分布律、速率分布函數(shù)曲線的物理意義，理解“三種速率”的意義和求法，了解玻爾茲曼能量分布律。四

了解物質(zhì)中三種遷移現(xiàn)象的概念、宏觀規(guī)律等。五

了解液體的表面現(xiàn)象。第四章分子物理學(xué)基礎(chǔ)一能從宏觀和統(tǒng)計(jì)意義上理解壓強(qiáng)、溫度等22氣體的物態(tài)參量（宏觀量）一、熱力學(xué)系統(tǒng)1系統(tǒng)與環(huán)境第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度3平衡態(tài)一定量的氣體，在不受外界的影響下,經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間,系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的,宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱為平衡態(tài).（理想狀態(tài)）真空膨脹氣體壓強(qiáng)體積

溫度2氣體的物態(tài)參量（宏觀量）一、熱力學(xué)系統(tǒng)1系統(tǒng)與環(huán)境第3平衡態(tài)的特點(diǎn)*1）單一性（處處相等）;2）物態(tài)的穩(wěn)定性——與時(shí)間無(wú)關(guān)；3）自發(fā)過(guò)程的終點(diǎn)；4）熱動(dòng)平衡（有別于力平衡）.第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度平衡態(tài)的特點(diǎn)*1）單一性（處處相等）4物態(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(duì)一定質(zhì)量的同種氣體理想氣體物態(tài)方程理想氣體宏觀定義：遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體.理想氣體物態(tài)方程第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度物態(tài)方程：理想氣體平衡態(tài)宏觀參量間的函數(shù)關(guān)系5第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度二、理想氣體的微觀模型

1分子可視為質(zhì)點(diǎn)；

線度間距

；2除碰撞瞬間,分子間無(wú)相互作用力；4分子的運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律3彈性質(zhì)點(diǎn)（碰撞均為完全彈性碰撞）；第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度二、理想氣體的微觀模型1分62）分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等分子運(yùn)動(dòng)速度熱動(dòng)平衡的統(tǒng)計(jì)假設(shè)：1）分子按位置的分布是均勻的第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度各方向運(yùn)動(dòng)概率均等

方向速度平方的平均值2）分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等分子運(yùn)動(dòng)速度熱動(dòng)平衡的統(tǒng)計(jì)假設(shè)：7三、理想氣體的壓強(qiáng)公式第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度單個(gè)分子對(duì)器壁的沖量：?jiǎn)蝹€(gè)分子在時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁的沖量：設(shè)邊長(zhǎng)為的立方體中有

N

個(gè)全同的質(zhì)量為m

的氣體分子，推導(dǎo)壁面所受壓強(qiáng).N

個(gè)分子對(duì)器壁的平均沖力：氣體壓強(qiáng)三、理想氣體的壓強(qiáng)公式第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度單個(gè)分子8

統(tǒng)計(jì)關(guān)系式壓強(qiáng)的物理意義宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值壓強(qiáng)的微觀實(shí)質(zhì)。壓強(qiáng)是大量分子對(duì)時(shí)間、對(duì)面積的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果。壓強(qiáng)公式不能直接用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分子平均平動(dòng)動(dòng)能第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度統(tǒng)計(jì)關(guān)系式壓強(qiáng)的物理意義宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值9玻爾茲曼常數(shù)宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值分子平均平動(dòng)動(dòng)能第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度四、理想氣體的溫度阿伏伽德羅定律溫度T的物理意義：1）溫度是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的量度；2）溫度是大量分子的集體表現(xiàn)，個(gè)別分子無(wú)意義。3）同一溫度下，各種氣體分子平均平動(dòng)動(dòng)能均相等。玻爾茲曼常數(shù)宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值分子平均平動(dòng)動(dòng)能10（A）溫度相同、壓強(qiáng)相同。（B）溫度、壓強(qiáng)都不同。（C）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)大于氮?dú)獾膲簭?qiáng).（D）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)小于氮?dú)獾膲簭?qiáng).解

一瓶氦氣和一瓶氮?dú)饷芏认嗤?，分子平均平?dòng)動(dòng)能相同，而且它們都處于平衡狀態(tài)，則它們討論第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度（A）溫度相同、壓強(qiáng)相同。解一瓶氦氣和一瓶氮11

例

理想氣體體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T,一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為摩爾氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為：（A）（B）（C）（D）解第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度例理想氣體體積為V，壓強(qiáng)為p12一、自由度數(shù)第二節(jié)能量按自由度均分原理決定一個(gè)物體空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。

單原子分子單原子分子的平均能量一、自由度數(shù)第二節(jié)能量按自由度均分原理決定一個(gè)物體空13

剛性雙原子分子分子平均平動(dòng)動(dòng)能分子平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能第二節(jié)能量按自由度均分原理剛性雙原子分子分子平均平動(dòng)動(dòng)能分子平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能第二14分子平均振動(dòng)能量分子平均能量非剛性分子平均能量*C

非剛性雙原子分子第二節(jié)能量按自由度均分原理分子平均振動(dòng)能量分子平均能量非剛性分子平均能量*C非剛15自由度數(shù)目平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)單原子分子

303雙原子分子325多原子分子336剛性分子能量自由度分子自由度平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)總第二節(jié)能量按自由度均分原理自由度數(shù)目平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)單原子分子16三理想氣體的內(nèi)能理想氣體的內(nèi)能：分子動(dòng)能和分子內(nèi)原子間的勢(shì)能之和.1mol理想氣體的內(nèi)能

二能量均分定理（玻爾茲曼假設(shè)）

氣體處于平衡態(tài)時(shí)，分子任何一個(gè)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.分子的平均能量第二節(jié)能量按自由度均分原理三理想氣體的內(nèi)能理想氣體的內(nèi)能：分子動(dòng)能和17理想氣體的內(nèi)能理想氣體內(nèi)能變化

定容摩爾熱容定壓摩爾熱容摩爾熱容比

第二節(jié)能量按自由度均分原理例題：4-2理想氣體的內(nèi)能理想氣體內(nèi)18實(shí)驗(yàn)裝置一測(cè)定氣體分子速率分布的實(shí)驗(yàn)金屬蒸汽顯示屏狹縫接抽氣泵第三節(jié)分子的速率實(shí)驗(yàn)裝置一測(cè)定氣體分子速率分布的實(shí)驗(yàn)金屬蒸汽顯示屏狹縫19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.第三節(jié)分子的速率分子速率分布圖：分子總數(shù)為速率在20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

表示在溫度為的平衡狀態(tài)下，速率在

附近單位速率區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比.物理意義第三節(jié)分子的速率分布函數(shù)表示速率在21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)的百分比第三節(jié)分子的速率速率位于內(nèi)分子數(shù)速率位22麥?zhǔn)戏植己瘮?shù)二麥克斯韋氣體速率分布定律

反映理想氣體在熱動(dòng)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.第三節(jié)分子的速率麥?zhǔn)戏植己瘮?shù)二麥克斯韋氣體速率分布定律23三三種統(tǒng)計(jì)速率1）最概然速率根據(jù)分布函數(shù)求得氣體在一定溫度下分布在最概然速率附近單位速率間隔內(nèi)的相對(duì)分子數(shù)最多.物理意義第三節(jié)分子的速率三三種統(tǒng)計(jì)速率1）最概然速率根據(jù)分布函數(shù)求得242）平均速率第三節(jié)分子的速率2）平均速率第三節(jié)分子的速率253）方均根速率第三節(jié)分子的速率3）方均根速率第三節(jié)分子的速率26同一溫度下不同氣體的速率分布N2分子在不同溫度下的速率分布第三節(jié)分子的速率同一溫度下不同氣體的速率分布27討論

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.第三節(jié)分子的速率討論麥克斯韋速率分布中最概然速率28

例計(jì)算在時(shí)，氫氣和氧氣分子的方均根速率.氫氣分子氧氣分子第三節(jié)分子的速率例計(jì)算在時(shí)，291）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）速率在間所有分子動(dòng)能之和.速率在間的分子數(shù)第三節(jié)分子的速率1）2）例已知分子數(shù)30例

如圖示兩條曲線分別表示氫氣和氧氣在同一溫度下的麥克斯韋速率分布曲線，從圖上數(shù)據(jù)求出氫氣和氧氣的最可幾速率.2000第三節(jié)分子的速率例如圖示兩條31在許多實(shí)際問(wèn)題中，氣體常處于非平衡狀態(tài)，氣體內(nèi)各部分的溫度或壓強(qiáng)不相等，或各氣體層之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)等，這時(shí)氣體內(nèi)將有能量、質(zhì)量或動(dòng)量從一部分向另一部分定向遷移，這就是非平衡態(tài)下氣體的遷移現(xiàn)象.粘滯現(xiàn)象氣體中各層間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),各層氣體流動(dòng)速度不同,氣體層間存在粘滯力的相互作用.第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象在許多實(shí)際問(wèn)題中，氣體常處于非平衡狀態(tài)，氣體內(nèi)32氣體層間的粘滯力氣體粘滯現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)量的遷移,而這種遷移是通過(guò)氣體分子無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.AB為粘度（粘性系數(shù)）第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象氣體層間的粘滯力氣體粘滯現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子33二熱傳導(dǎo)現(xiàn)象AB**設(shè)氣體各氣層間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),且各處氣體分子數(shù)密度均相同,但氣體內(nèi)由于存在溫度差而產(chǎn)生熱量從溫度高的區(qū)域向溫度低的區(qū)域傳遞的現(xiàn)象叫作熱傳導(dǎo)現(xiàn)象.氣體熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子熱運(yùn)動(dòng)能量的定向遷移,而這種遷移是通過(guò)氣體分子無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.稱為熱導(dǎo)率第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象二熱傳導(dǎo)現(xiàn)象AB**設(shè)氣體各氣層間無(wú)相34AB**三擴(kuò)散現(xiàn)象自然界氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象是常見(jiàn)的現(xiàn)象,容器中不同氣體間的互相滲透稱為互擴(kuò)散;同種氣體因分子數(shù)密度不同,溫度不同或各層間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的擴(kuò)散現(xiàn)象稱為自擴(kuò)散.為擴(kuò)散系數(shù)第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象AB**三擴(kuò)散現(xiàn)象自然界氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象35氣體擴(kuò)散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是氣體分子數(shù)密度的定向遷移,而這種遷移是通過(guò)氣體分子無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.AB**四三種遷移系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)熱導(dǎo)率粘度（粘性系數(shù)）第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象氣體擴(kuò)散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是氣體分子數(shù)密度的定向遷36第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象液體除了具有流體的一般特性外，它還有一個(gè)特殊的重要特性,即表面特性。液體與氣體和固體相接觸時(shí)都有一界面，處于界面的分子同時(shí)受到同種分子以及氣體或固體分子的作用力，因而產(chǎn)生一系列的特殊現(xiàn)象,稱之為液體的表面現(xiàn)象。（Thesurfacephenomenaofliquid）第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象液體除了具有流體的一37液體的表面如緊張的薄膜,存在著張力,有收縮成表面積最小的趨勢(shì),這種張力稱為表面張力.（一）表面張力(surfacetension)第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象一、表面張力和表面能液體的表面如緊張的薄膜,存在著張力,有收縮成表面積最小的趨勢(shì)381.分子間的平衡距離r0≈10－10m。2.短程力，有效作用距離d≈10－9m。1.表面張力產(chǎn)生原因a)分子力特點(diǎn):第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象b)模型受力分析:表面層

d

液體表面層分子受到的合力指向液體內(nèi)部，表面處于一種特殊的張緊狀態(tài)，宏觀表現(xiàn)為一個(gè)被拉緊的彈性薄膜而具有表面張力。1.分子間的平衡距離r0≈10－10m。2.短程力，有39c)實(shí)例分析:表面張力是沿著液體的表面與液面相切并且與分界線相垂直的。第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象2.表面張力的定義:公式:1）其中表面張力系數(shù),單位：N/m2）表面張力系數(shù)隨溫度、接觸物質(zhì)、液體性質(zhì)的不同而有所不同。c)實(shí)例分析:表面張力是沿著液體的表面與液面相切并且與分界線40表面張力系數(shù)與表面能的關(guān)系外力作功表面能增量(二)表面能(surfaceenergy)定義:增加單位液體表面積作的功,稱為該液體的表面能.單位:J/m2第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象looooABB'CC'DF表面張力系數(shù)與表面能的關(guān)系外力作功表面能增量(二)412.表面非活性物質(zhì)可使溶液表面張力增加的物質(zhì)稱為表面非活性物質(zhì)二、表面活性物質(zhì)與表面吸附表面活性物質(zhì)

溶液的表面張力隨溶質(zhì)而變,可使溶液表面張力減

少的物質(zhì)稱為表面活性物質(zhì).3.表面吸附(surfaceadsorption)

把表面活性物質(zhì)在溶液的表面層聚集并伸展成薄膜的現(xiàn)象稱表面吸附第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象2.表面非活性物質(zhì)二、表面活性物質(zhì)與表面吸附表面活性物質(zhì)3424.肺泡內(nèi)表面活性物質(zhì)的生理作用第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象4.肺泡內(nèi)表面活性物質(zhì)的生理作用第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象43液面的附加壓強(qiáng)A

B

P0

P0

P0

P0

Ps+PsPsP0

P0

－Ps三、彎曲液面的附加壓強(qiáng)(一)靜止液面的形式:第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象(二)附加壓強(qiáng)在彎曲液面上,由于表面張力,使液面上產(chǎn)生一個(gè)額外的壓強(qiáng)。液面的附加壓強(qiáng)ABP0P0P0P0P0P0三44球膜內(nèi)的附加壓強(qiáng)R2

R1

oAoBPcoCPbPa

實(shí)例分析1：第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象球膜內(nèi)的附加壓強(qiáng)R2R1oAoBPcoCPbPa45實(shí)例分析2：肥皂泡實(shí)驗(yàn)第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象實(shí)例分析2：肥皂泡實(shí)驗(yàn)第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象46氣體栓塞(airembolism)

ppP左

P右

P左

P右

p液柱不動(dòng)液柱不動(dòng)液柱開(kāi)始移動(dòng)當(dāng)液體在毛細(xì)管中流動(dòng)時(shí)，如果管中出現(xiàn)了氣泡，液體的流動(dòng)就要受到阻礙，氣泡產(chǎn)生多了，就能堵住毛細(xì)管，使液體不能流動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞現(xiàn)象.第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象氣體栓塞(airembolism)ppP左P右47氣體栓塞現(xiàn)象實(shí)例：1.給病人輸液時(shí),要特別注意不能在注射器中留有氣泡,以免在微血管中發(fā)生栓塞。2.潛水員從深水中上來(lái),或病人和工作人員從高壓氧倉(cāng)中出來(lái),都應(yīng)有適當(dāng)?shù)木彌_時(shí)間,否則在高壓時(shí)溶于血液中的過(guò)量氣體,在正常壓強(qiáng)下會(huì)迅速釋放出來(lái)形成氣泡,容易形成氣體栓塞。第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象氣體栓塞現(xiàn)象實(shí)例：1.給病人輸液時(shí),要特別注意不能在注射器第48四、毛細(xì)現(xiàn)象（一）浸潤(rùn)、不浸潤(rùn)現(xiàn)象1.定義:當(dāng)液體與固體接觸時(shí)，液體與固體的接觸面有擴(kuò)大的趨勢(shì)，液體易于附著固體，稱為浸潤(rùn)現(xiàn)象；若有收縮的趨勢(shì),稱為不浸潤(rùn)現(xiàn)象.第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象四、毛細(xì)現(xiàn)象（一）浸潤(rùn)、不浸潤(rùn)現(xiàn)象1.定義:當(dāng)液體與固體接觸49液體潤(rùn)濕固體液體不潤(rùn)濕固體完全潤(rùn)濕完全不潤(rùn)濕2.描述的物理量:

在固體和液體的界面處,液體與固體表面間的夾角θ稱為接觸角(contactangle)。第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象液體潤(rùn)濕固體液體不潤(rùn)濕固體完全潤(rùn)濕完全不潤(rùn)濕2.描述的物理量50（二）毛細(xì)現(xiàn)象(capillarity)

1.概念

a)內(nèi)徑很細(xì)的管子稱毛細(xì)管;b)將毛細(xì)管的一端插入液體中,液體潤(rùn)濕管壁時(shí),管內(nèi)液面上升,不潤(rùn)濕時(shí)則下降,這種現(xiàn)象稱毛細(xì)現(xiàn)象.2.液體在毛細(xì)管中上升(或下降)高度3.應(yīng)用植物的吸收和水分的輸送,動(dòng)物血液在毛細(xì)血管中的流通和氣體栓塞現(xiàn)象.第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象（二）毛細(xì)現(xiàn)象(capillarity)1.概念2.液體在51液體在毛細(xì)管中上升(或下降)高度推導(dǎo)：液體在毛細(xì)管中上升(或下降)高度第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象液體在毛細(xì)管中上升(或下降)高度推導(dǎo)：液體在毛細(xì)管中上升(或52分子物理學(xué)基礎(chǔ)第四章分子物理學(xué)基礎(chǔ)分子物理學(xué)基礎(chǔ)第四章分子物理學(xué)基礎(chǔ)53

一能從宏觀和統(tǒng)計(jì)意義上理解壓強(qiáng)、溫度等概念。了解了解系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)是微觀運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)，了解統(tǒng)計(jì)方法。

二

掌握分子平均能量按自由度均分原理，會(huì)計(jì)算理想氣體的內(nèi)能。教學(xué)基本要求

三

理解麥克斯韋速度分布律、速率分布函數(shù)曲線的物理意義，理解“三種速率”的意義和求法，了解玻爾茲曼能量分布律。四

了解物質(zhì)中三種遷移現(xiàn)象的概念、宏觀規(guī)律等。五

了解液體的表面現(xiàn)象。第四章分子物理學(xué)基礎(chǔ)一能從宏觀和統(tǒng)計(jì)意義上理解壓強(qiáng)、溫度等542氣體的物態(tài)參量（宏觀量）一、熱力學(xué)系統(tǒng)1系統(tǒng)與環(huán)境第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度3平衡態(tài)一定量的氣體，在不受外界的影響下,經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間,系統(tǒng)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的,宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)稱為平衡態(tài).（理想狀態(tài)）真空膨脹氣體壓強(qiáng)體積

溫度2氣體的物態(tài)參量（宏觀量）一、熱力學(xué)系統(tǒng)1系統(tǒng)與環(huán)境第55平衡態(tài)的特點(diǎn)*1）單一性（處處相等）;2）物態(tài)的穩(wěn)定性——與時(shí)間無(wú)關(guān)；3）自發(fā)過(guò)程的終點(diǎn)；4）熱動(dòng)平衡（有別于力平衡）.第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度平衡態(tài)的特點(diǎn)*1）單一性（處處相等）56物態(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(duì)一定質(zhì)量的同種氣體理想氣體物態(tài)方程理想氣體宏觀定義：遵守三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體.理想氣體物態(tài)方程第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度物態(tài)方程：理想氣體平衡態(tài)宏觀參量間的函數(shù)關(guān)系57第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度二、理想氣體的微觀模型

1分子可視為質(zhì)點(diǎn)；

線度間距

；2除碰撞瞬間,分子間無(wú)相互作用力；4分子的運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律3彈性質(zhì)點(diǎn)（碰撞均為完全彈性碰撞）；第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度二、理想氣體的微觀模型1分582）分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等分子運(yùn)動(dòng)速度熱動(dòng)平衡的統(tǒng)計(jì)假設(shè)：1）分子按位置的分布是均勻的第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度各方向運(yùn)動(dòng)概率均等

方向速度平方的平均值2）分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等分子運(yùn)動(dòng)速度熱動(dòng)平衡的統(tǒng)計(jì)假設(shè)：59三、理想氣體的壓強(qiáng)公式第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度單個(gè)分子對(duì)器壁的沖量：?jiǎn)蝹€(gè)分子在時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁的沖量：設(shè)邊長(zhǎng)為的立方體中有

N

個(gè)全同的質(zhì)量為m

的氣體分子，推導(dǎo)壁面所受壓強(qiáng).N

個(gè)分子對(duì)器壁的平均沖力：氣體壓強(qiáng)三、理想氣體的壓強(qiáng)公式第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度單個(gè)分子60

統(tǒng)計(jì)關(guān)系式壓強(qiáng)的物理意義宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值壓強(qiáng)的微觀實(shí)質(zhì)。壓強(qiáng)是大量分子對(duì)時(shí)間、對(duì)面積的統(tǒng)計(jì)平均結(jié)果。壓強(qiáng)公式不能直接用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。分子平均平動(dòng)動(dòng)能第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度統(tǒng)計(jì)關(guān)系式壓強(qiáng)的物理意義宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值61玻爾茲曼常數(shù)宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值分子平均平動(dòng)動(dòng)能第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度四、理想氣體的溫度阿伏伽德羅定律溫度T的物理意義：1）溫度是分子平均平動(dòng)動(dòng)能的量度；2）溫度是大量分子的集體表現(xiàn)，個(gè)別分子無(wú)意義。3）同一溫度下，各種氣體分子平均平動(dòng)動(dòng)能均相等。玻爾茲曼常數(shù)宏觀可測(cè)量量微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值分子平均平動(dòng)動(dòng)能62（A）溫度相同、壓強(qiáng)相同。（B）溫度、壓強(qiáng)都不同。（C）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)大于氮?dú)獾膲簭?qiáng).（D）溫度相同，但氦氣的壓強(qiáng)小于氮?dú)獾膲簭?qiáng).解

一瓶氦氣和一瓶氮?dú)饷芏认嗤?，分子平均平?dòng)動(dòng)能相同，而且它們都處于平衡狀態(tài)，則它們討論第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度（A）溫度相同、壓強(qiáng)相同。解一瓶氦氣和一瓶氮63

例

理想氣體體積為V，壓強(qiáng)為p，溫度為T,一個(gè)分子的質(zhì)量為m，k為玻爾茲曼常量，R為摩爾氣體常量，則該理想氣體的分子數(shù)為：（A）（B）（C）（D）解第一節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度例理想氣體體積為V，壓強(qiáng)為p64一、自由度數(shù)第二節(jié)能量按自由度均分原理決定一個(gè)物體空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)。

單原子分子單原子分子的平均能量一、自由度數(shù)第二節(jié)能量按自由度均分原理決定一個(gè)物體空65

剛性雙原子分子分子平均平動(dòng)動(dòng)能分子平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能第二節(jié)能量按自由度均分原理剛性雙原子分子分子平均平動(dòng)動(dòng)能分子平均轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能第二66分子平均振動(dòng)能量分子平均能量非剛性分子平均能量*C

非剛性雙原子分子第二節(jié)能量按自由度均分原理分子平均振動(dòng)能量分子平均能量非剛性分子平均能量*C非剛67自由度數(shù)目平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)單原子分子

303雙原子分子325多原子分子336剛性分子能量自由度分子自由度平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)總第二節(jié)能量按自由度均分原理自由度數(shù)目平動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)振動(dòng)單原子分子68三理想氣體的內(nèi)能理想氣體的內(nèi)能：分子動(dòng)能和分子內(nèi)原子間的勢(shì)能之和.1mol理想氣體的內(nèi)能

二能量均分定理（玻爾茲曼假設(shè)）

氣體處于平衡態(tài)時(shí)，分子任何一個(gè)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.分子的平均能量第二節(jié)能量按自由度均分原理三理想氣體的內(nèi)能理想氣體的內(nèi)能：分子動(dòng)能和69理想氣體的內(nèi)能理想氣體內(nèi)能變化

定容摩爾熱容定壓摩爾熱容摩爾熱容比

第二節(jié)能量按自由度均分原理例題：4-2理想氣體的內(nèi)能理想氣體內(nèi)70實(shí)驗(yàn)裝置一測(cè)定氣體分子速率分布的實(shí)驗(yàn)金屬蒸汽顯示屏狹縫接抽氣泵第三節(jié)分子的速率實(shí)驗(yàn)裝置一測(cè)定氣體分子速率分布的實(shí)驗(yàn)金屬蒸汽顯示屏狹縫71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.第三節(jié)分子的速率分子速率分布圖：分子總數(shù)為速率在72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

表示在溫度為的平衡狀態(tài)下，速率在

附近單位速率區(qū)間的分子數(shù)占總數(shù)的百分比.物理意義第三節(jié)分子的速率分布函數(shù)表示速率在73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)的百分比第三節(jié)分子的速率速率位于內(nèi)分子數(shù)速率位74麥?zhǔn)戏植己瘮?shù)二麥克斯韋氣體速率分布定律

反映理想氣體在熱動(dòng)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.第三節(jié)分子的速率麥?zhǔn)戏植己瘮?shù)二麥克斯韋氣體速率分布定律75三三種統(tǒng)計(jì)速率1）最概然速率根據(jù)分布函數(shù)求得氣體在一定溫度下分布在最概然速率附近單位速率間隔內(nèi)的相對(duì)分子數(shù)最多.物理意義第三節(jié)分子的速率三三種統(tǒng)計(jì)速率1）最概然速率根據(jù)分布函數(shù)求得762）平均速率第三節(jié)分子的速率2）平均速率第三節(jié)分子的速率773）方均根速率第三節(jié)分子的速率3）方均根速率第三節(jié)分子的速率78同一溫度下不同氣體的速率分布N2分子在不同溫度下的速率分布第三節(jié)分子的速率同一溫度下不同氣體的速率分布79討論

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.第三節(jié)分子的速率討論麥克斯韋速率分布中最概然速率80

例計(jì)算在時(shí)，氫氣和氧氣分子的方均根速率.氫氣分子氧氣分子第三節(jié)分子的速率例計(jì)算在時(shí)，811）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）速率在間所有分子動(dòng)能之和.速率在間的分子數(shù)第三節(jié)分子的速率1）2）例已知分子數(shù)82例

如圖示兩條曲線分別表示氫氣和氧氣在同一溫度下的麥克斯韋速率分布曲線，從圖上數(shù)據(jù)求出氫氣和氧氣的最可幾速率.2000第三節(jié)分子的速率例如圖示兩條83在許多實(shí)際問(wèn)題中，氣體常處于非平衡狀態(tài)，氣體內(nèi)各部分的溫度或壓強(qiáng)不相等，或各氣體層之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)等，這時(shí)氣體內(nèi)將有能量、質(zhì)量或動(dòng)量從一部分向另一部分定向遷移，這就是非平衡態(tài)下氣體的遷移現(xiàn)象.粘滯現(xiàn)象氣體中各層間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí),各層氣體流動(dòng)速度不同,氣體層間存在粘滯力的相互作用.第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象在許多實(shí)際問(wèn)題中，氣體常處于非平衡狀態(tài)，氣體內(nèi)84氣體層間的粘滯力氣體粘滯現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子定向運(yùn)動(dòng)動(dòng)量的遷移,而這種遷移是通過(guò)氣體分子無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.AB為粘度（粘性系數(shù)）第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象氣體層間的粘滯力氣體粘滯現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子85二熱傳導(dǎo)現(xiàn)象AB**設(shè)氣體各氣層間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng),且各處氣體分子數(shù)密度均相同,但氣體內(nèi)由于存在溫度差而產(chǎn)生熱量從溫度高的區(qū)域向溫度低的區(qū)域傳遞的現(xiàn)象叫作熱傳導(dǎo)現(xiàn)象.氣體熱傳導(dǎo)現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是分子熱運(yùn)動(dòng)能量的定向遷移,而這種遷移是通過(guò)氣體分子無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.稱為熱導(dǎo)率第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象二熱傳導(dǎo)現(xiàn)象AB**設(shè)氣體各氣層間無(wú)相86AB**三擴(kuò)散現(xiàn)象自然界氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象是常見(jiàn)的現(xiàn)象,容器中不同氣體間的互相滲透稱為互擴(kuò)散;同種氣體因分子數(shù)密度不同,溫度不同或各層間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的擴(kuò)散現(xiàn)象稱為自擴(kuò)散.為擴(kuò)散系數(shù)第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象AB**三擴(kuò)散現(xiàn)象自然界氣體的擴(kuò)散現(xiàn)象87氣體擴(kuò)散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是氣體分子數(shù)密度的定向遷移,而這種遷移是通過(guò)氣體分子無(wú)規(guī)熱運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的.AB**四三種遷移系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)熱導(dǎo)率粘度（粘性系數(shù)）第四節(jié)物質(zhì)中的遷移現(xiàn)象氣體擴(kuò)散現(xiàn)象的微觀本質(zhì)是氣體分子數(shù)密度的定向遷88第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象液體除了具有流體的一般特性外，它還有一個(gè)特殊的重要特性,即表面特性。液體與氣體和固體相接觸時(shí)都有一界面，處于界面的分子同時(shí)受到同種分子以及氣體或固體分子的作用力，因而產(chǎn)生一系列的特殊現(xiàn)象,稱之為液體的表面現(xiàn)象。（Thesurfacephenomenaofliquid）第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象液體除了具有流體的一89液體的表面如緊張的薄膜,存在著張力,有收縮成表面積最小的趨勢(shì),這種張力稱為表面張力.（一）表面張力(surfacetension)第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象一、表面張力和表面能液體的表面如緊張的薄膜,存在著張力,有收縮成表面積最小的趨勢(shì)901.分子間的平衡距離r0≈10－10m。2.短程力，有效作用距離d≈10－9m。1.表面張力產(chǎn)生原因a)分子力特點(diǎn):第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象b)模型受力分析:表面層

d

液體表面層分子受到的合力指向液體內(nèi)部，表面處于一種特殊的張緊狀態(tài)，宏觀表現(xiàn)為一個(gè)被拉緊的彈性薄膜而具有表面張力。1.分子間的平衡距離r0≈10－10m。2.短程力，有91c)實(shí)例分析:表面張力是沿著液體的表面與液面相切并且與分界線相垂直的。第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象2.表面張力的定義:公式:1）其中表面張力系數(shù),單位：N/m2）表面張力系數(shù)隨溫度、接觸物質(zhì)、液體性質(zhì)的不同而有所不同。c)實(shí)例分析:表面張力是沿著液體的表面與液面相切并且與分界線92表面張力系數(shù)與表面能的關(guān)系外力作功表面能增量(二)表面能(surfaceenergy)定義:增加單位液體表面積作的功,稱為該液體的表面能.單位:J/m2第五節(jié)液體的表面現(xiàn)象looooABB'CC'DF表面張力系數(shù)與表面能的關(guān)系外力作功表