第三章 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)

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)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）；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)：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)分子與器壁碰撞一次其動(dòng)量的改變值：?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)

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。（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肿悠骄絼?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

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

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2）平均速率第三節(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

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)