理想气体压强公式市公开课获奖课件

1、热 学 Heat第1页第1页物理学第二次大综合 物理学第二次大综合是从热学开始，涉及到宏观与微观两个层次 . 宏观理论热力学两大基本定律: 第一定律, 即能量守恒定律; 第二定律, 即熵增长定律 . 科学家进一步追根问底, 企图从分子和原子微观层次上来阐明物理规律, 气体分子动理论应运而生 . 玻尔兹曼与吉布斯发展了典型统计力学 . 热力学与统计物理发展, 加强了物理学与化学联系, 建立了物理化学这一门交叉科学 .第2页第2页热学1什么是热学宏观物体是由大量微观粒子分子、原子等构成微观粒子无规则运动，称为热运动。热学是研究热运动规律及其对物质宏观性质影响，以及与其它运动形态之间转化物理学分支。

2、2热学分类按照研究方法不同，热学分为热力学 宏观理论统计物理学微观理论观测和试验力学规律, 统计平均办法热力学验证统计物理学，统计物理学揭示热力学本质第3页第3页3. 研究对象 热运动 : 构成宏观物体大量微观粒子永不休止无规运动 .热现象 : 与温度相关物理性质改变。单个分子 无序、含有偶然性、遵循力学规律.研究对象特性整体（大量分子） 服从统计规律 . 宏观量：表示大量分子集体特性物理量（可直接测量）, 如 等 . 微观量：描述个别分子运动状态物理量（不可直接测量），如分子 等 .宏观量微观量统计平均第4页第4页4. 研究办法1. 热力学 宏观描述 试验经验总结， 给出宏观物体热现象规律，

3、从能量观点出发，分析研究物态改变过程中热功转换关系和条件 . 1）含有可靠性； 2）知其然而不知其因此然； 3）应用宏观参量 .特点2. 气体动理论 微观描述 研究大量数目的热运动粒子系统，应用模型假设和统计办法 .气体动理论热力学相辅相成 1）揭示宏观现象本质； 2）有不足，与实际有偏差，不可任意推广 .特点第5页第5页第5章 气体动理论 本章内容：5. 1 分子运动基本概念5. 2 气体分子热运动5. 3 统计规律特性5. 4 抱负气体压强公式5. 5 麦克斯韦速率分布定律5. 6 温度微观本质5. 7 能量按自由度均分定理5. 8 玻耳兹曼分布律5. 9 气体分子平均自由程*5. 10

4、气体内迁移现象5. 11 热力学第二定律统计意义和熵概念第6页第6页一、分子热运动图像1 宏观物体由大量粒子（分子、原子等）构成2 物体分子在永不断息地作无序热运动 (1) 气体、液体、固体扩散水和墨水混合 互相压紧金属板比如：(1) 1cm3空气中包括有2.71019 个分子(2) 水和酒精混合，体积会减小比如：宏观物体由大量粒子构成，分子之间存在一定空隙第5章 气体动理论 5.1 气体动理论基本概念第7页第7页(2) 布朗运动（布朗运动与温度、微粒大小关系）第8页第8页3 分子间存在互相作用力 一切宏观物体都是由大量分子构成，分子都在永不断息地作无序热运动，分子之间有互相作用分子力。r r

5、0 表现为引力气体分子间距较大,作用力可忽略分子力第9页第9页二、统计规律特性伽耳顿板试验 若无小钉：必定事件若有小钉：偶然事件(1) 统计规律是大量偶然事件总体所遵从规律。 (2) 统计规律和涨落现象是分不开。 少许小球分布每次不同大量小球分布近似相同单个分子运动含有无序性大量分子运动含有规律性第10页第10页平衡态下气体分子速度分量统计平均值为气体处于平衡状态时，气体分子沿各个方向运动概率相等，故有 第11页第11页平衡态下气体分子速度分量平方统计平均值为 对某一气体个分子：气体处于平衡状态时，气体分子沿各个方向运动概率相等，故有 第12页第12页气体分子热运动平均平动动能 物理量M 统计

6、平均值 Ni 是M 测量值为 Mi 次数，试验总次数为N状态A出现概率 归一化条件 ：一个分子质量第13页第13页例：有10个粒子，其速率分别是1，3，5，7， 8，9，10，11，13，15ms-1，计算它们平均速率和方均根速率。 解：平均速率： 方均根速率： 第14页第14页三、状态参量 热力学系统（简称系统）系统外界把用来描述系统宏观状态物理量称为状态参量。气体宏观状态能够用V、P、T 描述在热力学中，把所要研究对象，即由大量微观粒子构成物体或物体系称为热力学系统。(如容器中气体分子集合或溶液中液体分子集合或固体中分子集合。)系统外界（简称外界）能够与所研究热力学系统发生互相作用其它物体

7、，称为外界。第15页第15页气体物态参量 1 气体压强 ：作用于容器壁上单位面积正压力（力学描述）. 单位： 2 体积 : 气体所能达到最大空间（几何描述）. 单位：原则大气压： 3 温度 : 气体冷热程度量度（热学描述）. 单位： （开尔文）.第16页第16页四、平衡态1、阐明（1）平衡态是一个抱负状态；（2）平衡态是一个动态平衡；（3）对于平衡态，能够用pV 图上一个点来表示。 pV假如两个系统分别与处于拟定状态第三个系统达到热平衡，则这两个系统彼此也将处于热平衡。2、热力学第零定律或热平衡定律决定系统热平衡宏观性质物理量能够定义为温度。在没有外界影响情况下，系统各部分宏观性质在长时间内不

8、发生改变状态。“冷热程度”日常对温度理解第17页第17页五、抱负气体状态方程在p、V、T 三个状态参量之间一定存在某种关系，即其中一个状态参量是其它两个状态参量函数，如 T=T(P,V) 一定质量气体处于平衡态时状态方程在温度不太低(与室温相比)和压强不太大(与大气压相比)时，有三条试验定律Boyle-Mariotte定律 等温过程中 pV=const Gay-Lussac定律 等体过程中 p/T=const Charles定律 等压过程中 V/T=const 抱负气体定义：在任何情况下都遵守上述三个试验定律气体称为抱负气体。第18页第18页m气体质量M 气体摩尔质量R=8.31Jmol-1K

9、-1摩尔气体常量混合气体抱负气体状态方程抱负气体状态方程第19页第19页5.2 抱负气体压强公式一、 抱负气体微观模型(1) 忽略分子大小（看作质点）(2) 忽略分子间作用力 (3) 碰撞为完全弹性 （分子与分子或器壁碰撞时除外）抱负气体: 可看作是许多个自由地、无规则运动着弹性小球集合。分子线度 分子间平均距离 (4) 分子运动遵从典型力学规律 .第20页第20页二、从分子运动看压强形成压强为大量分子在热运动中碰撞器壁，对器壁产生平均作用力表现。宏观量和微观量关系单个分子多个分子平均效果密集雨点对雨伞冲击力气体分子器壁第21页第21页分子施于器壁冲量单个分子单位时间施于器壁冲量 x方向动量改

10、变两次碰撞间隔时间单位时间碰撞次数 单个分子遵循力学规律三、抱负气体压强公式一定量抱负气体 总分子数 分子数密度 一个分子质量 第22页第22页 单位时间 N 个粒子对器壁总冲量 大量分子总效应单个分子单位时间施于器壁冲量器壁 所受平均冲力 第23页第23页气体压强统计规律分子平均平动动能器壁 所受平均冲力 第24页第24页压强物理意义 统计关系式宏观可测量量微观量统计平均值分子平均平动动能(1) 压强 p 是一个统计平均量。是大量分子集体行为，对大量分子，压强才故意义。 (2) 是一微观统计平均量，不能直接测量 。压强公式无法用试验直接验证 。第25页第25页玻耳兹曼常量分子数密度 压强另外

11、一个表示式 NA：阿伏伽德罗常数在相同温度和压强下，各种气体分子数密度相等。N：总分子数第26页第26页5.3 温度微观本质一、抱负气体温度与分子平均平动动能关系每个分子平均平动动能只与温度相关，与气体种类无关。阐明(2) 温度是统计概念，是大量分子热运动集体表现。 对于单个或少数分子来说，温度概念就失去了意义。 (1)温度是大量分子热运动平均平动动能度量, 是物体内部分子热运动猛烈程度标志。第27页第27页二、 方均根速率T=273k时，氢气，氧气，氮气方均根速率分别为：氢气氧气氮气第28页第28页有一容积为10cm3 电子管，当温度为300K时用真空泵抽成高真空，使管内压强为510-6 m

12、mHg。 (1) 此时管内气体分子数目； (2) 这些分子总平动动能。解例求(1) 由抱负气体状态方程得(2) 每个分子平均平动动能N 个分子总平动动能为760 mmHg = 1大气压 = 1.013105Pa1 mmHg = 133.3Pa 第29页第29页一容积为 V=1.0m3 容器内装有 N1=1.01024 个 氧分子N2=3.01024 个氮分子混合气体， 混合气体压强 p =2.58104 Pa 。 (1) 由压强公式例求(1) 分子平均平动动能；(2) 混合气体温度。解(2) 由抱负气体状态方程得第30页第30页例 一容器内贮有氧气，压强为p=1.013105Pa，温度t=27，求（1）单位体积内分子数；（2）氧分子质量；（3）分子平均平动动能。 解：（1） 有 p = nkT（2） （3） 第31页第31页（A）温度相同、压强相同。（B）温度、