理學(xué)類分子物理學(xué)基礎(chǔ)公開課一等獎優(yōu)質(zhì)課大賽微課獲獎?wù)n件

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

一能從宏觀和統(tǒng)計意義上理解壓強、溫度等概念。理解理解系統(tǒng)宏觀性質(zhì)是微觀運動統(tǒng)計表現(xiàn)，理解統(tǒng)計辦法。

二

掌握分子平均能量按自由度均分原理，會計算抱負氣體內(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)曲線物理意義，理解“三種速率”意義和求法，理解玻爾茲曼能量分布律。四

理解物質(zhì)中三種遷移現(xiàn)象概念、宏觀規(guī)律等。五

理解液體表面現(xiàn)象。第四章分子物理學(xué)基礎(chǔ)第2頁第2頁2氣體物態(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)抱負氣體壓強和溫度3平衡態(tài)

一定量氣體，在不受外界影響下,通過一定期間,系統(tǒng)達到一個穩(wěn)定,宏觀性質(zhì)不隨時間改變狀態(tài)稱為平衡態(tài).（抱負狀態(tài)）真空膨脹

氣體壓強

體積

溫度第3頁第3頁平衡態(tài)特點*1）單一性（處處相等）;2）物態(tài)穩(wěn)定性——與時間無關(guān)；3）自發(fā)過程終點；4）熱動平衡（有別于力平衡）.第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度第4頁第4頁

物態(tài)方程：抱負氣體平衡態(tài)宏觀參量間函數(shù)關(guān)系.摩爾氣體常量對一定質(zhì)量同種氣體抱負氣體物態(tài)方程抱負氣體宏觀定義：遵守三個試驗定律氣體.抱負氣體物態(tài)方程第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度第5頁第5頁第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度二、抱負氣體微觀模型

1分子可視為質(zhì)點；

線度間距

；2除碰撞瞬間,分子間無互相作用力；4分子運動遵從典型力學(xué)規(guī)律3彈性質(zhì)點（碰撞均為完全彈性碰撞）；第6頁第6頁2）分子各方向運動概率均等分子運動速度熱動平衡統(tǒng)計假設(shè)：1）分子按位置分布是均勻第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度各方向運動概率均等

方向速度平方平均值第7頁第7頁三、抱負氣體壓強公式第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度單個分子對器壁沖量：單個分子在時間內(nèi)對器壁沖量：

設(shè)邊長為立方體中有

N

個全同質(zhì)量為m

氣體分子，推導(dǎo)壁面所受壓強.N

個分子對器壁平均沖力：氣體壓強第8頁第8頁

統(tǒng)計關(guān)系式壓強物理意義宏觀可測量量微觀量統(tǒng)計平均值

壓強微觀實質(zhì)。壓強是大量分子對時間、對面積統(tǒng)計平均結(jié)果。壓強公式不能直接用試驗驗證。分子平均平動動能第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度第9頁第9頁玻爾茲曼常數(shù)宏觀可測量量微觀量統(tǒng)計平均值分子平均平動動能第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度四、抱負氣體溫度阿伏伽德羅定律溫度T

物理意義：1）溫度是分子平均平動動能量度；2）溫度是大量分子集體表現(xiàn)，個別分子無意義。3）同一溫度下，各種氣體分子平均平動動能均相等。第10頁第10頁（A）溫度相同、壓強相同。（B）溫度、壓強都不同。（C）溫度相同，但氦氣壓強大于氮氣壓強.（D）溫度相同，但氦氣壓強小于氮氣壓強.解

一瓶氦氣和一瓶氮氣密度相同，分子平均平動動能相同，并且它們都處于平衡狀態(tài)，則它們討論第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度第11頁第11頁

例

抱負氣體體積為V

，壓強為p，溫度為T,一個分子質(zhì)量為m

，k

為玻爾茲曼常量，R

為摩爾氣體常量，則該抱負氣體分子數(shù)為：（A）（B）（C）（D）解第一節(jié)抱負氣體壓強和溫度第12頁第12頁一、自由度數(shù)第二節(jié)能量按自由度均分原理決定一個物體空間位置所需要獨立坐標數(shù)。

單原子分子單原子分子平均能量第13頁第13頁

剛性雙原子分子分子平均平動動能分子平均轉(zhuǎn)動動能第二節(jié)能量按自由度均分原理第14頁第14頁分子平均振動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第15頁第15頁

自由度數(shù)目

平動

轉(zhuǎn)動

振動單原子分子

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轉(zhuǎn)動總第二節(jié)能量按自由度均分原理第16頁第16頁三抱負氣體內(nèi)能

抱負氣體內(nèi)能：分子動能和分子內(nèi)原子間勢能之和.1mol

抱負氣體內(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，分子任何一個自由度平均能量都相等，均為，這就是能量按自由度均分定理.

分子平均能量第二節(jié)能量按自由度均分原理第17頁第17頁

抱負氣體內(nèi)能

抱負氣體內(nèi)能改變

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第18頁第18頁試驗裝置一測定氣體分子速率分布試驗金屬蒸汽顯示器狹縫接抽氣泵第三節(jié)分子速率第19頁第19頁分子速率分布圖：分子總數(shù)

為速率在區(qū)間分子數(shù).表示速率在區(qū)間分子數(shù)占總數(shù)百分比.第三節(jié)分子速率第20頁第20頁分布函數(shù)

表示速率在區(qū)間分子數(shù)占總分子數(shù)百分比.

歸一化條件

表示在溫度為平衡狀態(tài)下，速率在

附近單位速率區(qū)間分子數(shù)占總數(shù)百分比.物理意義第三節(jié)分子速率第21頁第21頁速率位于內(nèi)分子數(shù)速率位于區(qū)間分子數(shù)速率位于區(qū)間分子數(shù)占總數(shù)百分比第三節(jié)分子速率第22頁第22頁麥氏分布函數(shù)二麥克斯韋氣體速率分布定律

反應(yīng)抱負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)百分比規(guī)律.第三節(jié)分子速率第23頁第23頁三三種統(tǒng)計速率1）最概然速率依據(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)相對分子數(shù)最多.物理意義第三節(jié)分子速率第24頁第24頁2）平均速率第三節(jié)分子速率第25頁第25頁3）方均根速率第三節(jié)分子速率第26頁第26頁同一溫度下不同氣體速率分布N2分子在不同溫度下速率分布第三節(jié)分子速率第27頁第27頁討論

麥克斯韋速率分布中最概然速率概念下面哪種表述正確？（A）是氣體分子中大部分分子所含有速率.（B）是速率最大速度值.（C）是麥克斯韋速率分布函數(shù)最大值.（D）速率大小與最概然速率相近氣體分子比率最大.第三節(jié)分子速率第28頁第28頁

例計算在時，氫氣和氧氣分子方均根速率.氫氣分子氧氣分子第三節(jié)分子速率第29頁第29頁1）2）

例已知分子數(shù)，分子質(zhì)量，分布函數(shù)求1）速率在間分子數(shù)；2）速率在間所有分子動能之和.速率在間分子數(shù)第三節(jié)分子速率第30頁第30頁

例

如圖示兩條曲線分別表示氫氣和氧氣在同一溫度下麥克斯韋速率分布曲線，從圖上數(shù)據(jù)求出氫氣和氧氣最可幾速率.第三節(jié)分子速率第31頁第31頁

在許多實際問題中，氣體常處于非平衡狀態(tài)，氣體內(nèi)各部分溫度或壓強不相等，或各氣體層之間有相對運動等，這時氣體內(nèi)將有能量、質(zhì)量或動量從一部分向另一部分定向遷移，這就是非平衡態(tài)下氣體遷移現(xiàn)象.粘滯現(xiàn)象氣體中各層間有相對運動時,各層氣體流動速度不同,氣體層間存在粘滯力相互作用.第四節(jié)物質(zhì)中遷移現(xiàn)象第32頁第32頁氣體層間粘滯力

氣體粘滯現(xiàn)象微觀本質(zhì)是分子定向運動動量遷移,而這種遷移是通過氣體分子無規(guī)熱運動來實現(xiàn).AB

為粘度（粘性系數(shù)）第四節(jié)物質(zhì)中遷移現(xiàn)象第33頁第33頁二熱傳導(dǎo)現(xiàn)象AB**

設(shè)氣體各氣層間無相對運動,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)生熱量從溫度高區(qū)域向溫度低區(qū)域傳遞現(xiàn)象叫作熱傳導(dǎo)現(xiàn)象.

氣體熱傳導(dǎo)現(xiàn)象微觀本質(zhì)是分子熱運動能量定向遷移,而這種遷移是通過氣體分子無規(guī)熱運動來實現(xiàn).

稱為熱導(dǎo)率第四節(jié)物質(zhì)中遷移現(xiàn)象第34頁第34頁AB**三擴散現(xiàn)象自然界氣體擴散現(xiàn)象是常見現(xiàn)象,容器中不同氣體間相互滲透稱為互擴散;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運動所產(chǎn)生擴散現(xiàn)象稱為自擴散.

為擴散系數(shù)第四節(jié)物質(zhì)中遷移現(xiàn)象第35頁第35頁

氣體擴散現(xiàn)象微觀本質(zhì)是氣體分子數(shù)密度定向遷移,而這種遷移是通過氣體分子無規(guī)熱運動來實現(xiàn).AB**四三種遷移系數(shù)

擴散系數(shù)

熱導(dǎo)率

粘度（粘性系數(shù)）第四節(jié)物質(zhì)中遷移現(xiàn)象第36頁第36頁第五節(jié)液體表面現(xiàn)象

液體除了含有流體普通特性外，它尚有一個特殊主要特性,即表面特性。液體與氣體和固體相接觸時都有一界面，處于界面分子同時受到同種分子以及氣體或固體分子作用力，因而產(chǎn)生一系列特殊現(xiàn)象,稱之為液體表面現(xiàn)象。（Thesurfacephenomenaofliquid）第37頁第37頁液體表面如緊張薄膜,存在著張力,有收縮成表面積最小趨勢,這種張力稱為表面張力.（一）表面張力(surfacetension)第五節(jié)液體表面現(xiàn)象一、表面張力和表面能第38頁第38頁1.分子間平衡距離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:第五節(jié)液體表面現(xiàn)象b)模型受力分析:表面層

d

液體表面層分子受到合力指向液體內(nèi)部，表面處于一個特殊張緊狀態(tài)，宏觀表現(xiàn)為一個被拉緊彈性薄膜而含有表面張力。第39頁第39頁c)實例分析:表面張力是沿著液體表面與液面相切并且與分界線相垂直。第五節(jié)液體表面現(xiàn)象2.表面張力定義: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)不同而有所不同。第40頁第40頁表面張力系數(shù)與表面能關(guān)系外力作功表面能增量(二)表面能(surfaceenergy)定義:增長單位液體表面積作功,稱為該液體表面能.單位:J/m2第五節(jié)液體表面現(xiàn)象lo

o

o

o

ABB'CC'DF第41頁第41頁2.表面非活性物質(zhì)可使溶液表面張力增長物質(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)

溶液表面張力隨溶質(zhì)而變,可使溶液表面張力減

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

把表面活性物質(zhì)在溶液表面層匯集并伸展成薄膜現(xiàn)象稱表面吸附第五節(jié)液體表面現(xiàn)象第42頁第42頁4.肺泡內(nèi)表面活性物質(zhì)生理作用第五節(jié)液體表面現(xiàn)象第43頁第43頁液面附加壓強A

B

P0

P0

P0

P0

Ps+PsPsP0

P0

－Ps三、彎曲液面附加壓強(一)靜止液面形式:第五節(jié)液體表面現(xiàn)象(二)附加壓強在彎曲液面上,由于表面張力,使液面上產(chǎn)生一個額外壓強。第44頁第44頁球膜內(nèi)附加壓強R2

R1

o

Ao

BPco

CPbPa

實例分析1：第五節(jié)液體表面現(xiàn)象第45頁第45頁實例分析2：肥皂泡試驗第五節(jié)液體表面現(xiàn)象第46頁第46頁氣體栓塞(airembolism)

ppP左

P右

P左

P右

p液柱不動液柱不動液柱開始移動

當(dāng)液體在毛細管中流動時，假如管中出現(xiàn)了氣泡，液體流動就要受到阻礙，氣泡產(chǎn)生多了，就能堵住毛細管，使液體不能流動，這種現(xiàn)象稱為氣體栓塞現(xiàn)象.第五節(jié)液體表面現(xiàn)象第47頁第47頁氣體栓塞現(xiàn)象實例：1.給病人輸液時,要尤其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