4.2压强和温度的微观解释 课件- 高中物理竞赛

所有“物质”都由“分子、原子”组成

分子是组成物质的保持物质化学性质的最小单元，如：H2O,CO2,N2,……

原子是组成单质和化合物的基本单元,它由原子核和电子组成.§4-2压强和温度的微观解释1物质是由大量的原子或分子组成，且不连续的一、物质的微观模型2

物质分子处于不停顿的无规则运动状态

由于分子之间频繁的碰撞,使分子运动速度的大小跳跃地改变着,运动的方向无定向地改变着.布朗运动与整体、定向运动不同，质心动量为零.物质分子都在不停顿地作无规则运动.3分子之间存在相互作用图为分子力f与分子间距r的关系曲线.当r<r0时，分子主要表现为斥力当r>r0时，分子主要表现为引力r0~10-10m,r~10-9m时引力为零,故分子力是短程力.分子之间既有引力又有斥力。伽尔顿板实验小钉等宽狭槽小球落在哪个槽是偶然事件大量小球一个一个投入或一次投入，分布情况大致相同二、统计的基本思想1统计规律

大量偶然事件从整体上反映出来的一种规律性……统计规律。2概率设N为实验总次数，NA为事件A出现的次数，则在一定条件下，某偶然事件出现的可能性的大小。统计规律的特点:（1）只对大量偶然的事件才有意义.（2）它是不同于个体规律的整体规律(量变到质变).（3）总是伴随着涨落.事件A出现的概率3.统计平均值

测量物理量M:M1、M2、Mn出现次数分别为N1、N2、Nn

M的算术平均值为----统计平均值N足够大：平均值真实值(2)分子之间除碰撞的瞬间外,无相互作用力.(忽略重力)1理想气体的微观模型(1)分子当作质点，不占体积；(3)分子与分子,分子与器壁的碰撞为完全弹性碰撞.研究单个分子的运动服从牛顿力学.分子数目太多,无法解这么多的联立方程.即使能解也无用.必须用统计的方法来研究.三、理想气体的压强和温度(2)

分子的速度按方向的分布是各向均匀的;(1)

平衡态时分子按位置的分布是均匀的;2对大量分子组成的气体系统的统计假设(3)

分子的速度各不相同，而且通过碰撞不断变化着;3理想气体压强公式的推导设边长为x,y,z的长方体容器中，有N个同类气体分子(质量m).研究A1受的压强：第一步某个分子与A1面碰撞xyzxyzA1A2°•v1v´1vx对于a分子，质量m，碰撞瞬时速度v1则a分子与A1面碰撞一次施加的冲量:2mvxx方向a分子受到冲量第二步

A1面1秒钟受到a分子的总冲量a分子在A1,A2之间往返一次所需时间为则1秒内a分子与A1碰撞次数1秒钟A1受到a分子的总冲量xyzxyzA1A2°•v1v´1vx第三步

N个分子在1秒内对A1的碰撞A1在1秒内受到的冲量——平均作用力F1秒钟A1受到a分子的总冲量第四步

A1受到的平均作用力——压强由有压强公式压强公式定义分子的平均平动动能压强公式又可以写成2）压强公式表示了宏观可测量压强与微观量（分子的数密度、分子平均平动动能）统计平均值之间的关系。3）压强公式虽然是从立方体中推出的，对其他容器所得结果相同。4）大量分子与器壁不断碰撞的结果，是统计平均值，对单个分子谈压强是毫无意义的。1）压强的实质是大量分子碰撞在单位面积器壁上的平均冲力。说明:压强公式是一个统计规律，而不是力学规律.p=nkT4理想气体的温度公式由理想气体状态方程玻耳兹曼常量由压强公式只与温度有关。看出2)

温度标志物体内部分子无规运动的剧烈程度。温度是统计概念，只能用于大量分子.说明:1)

平衡态下分子平均平动动能正比于气体的温度.3)

分子运动永不停息.热力学零度不可能达到.气体分子的方均根速率例1

某容器内的分子数为1026m-3

，每个分子的质量为3

×10-27kg

，设其中六分之一分子数以速率v＝200m/s垂直地向容器的一壁运动，其余的六分之五分子或离开此壁，或平行于此壁方向运动。设分子与气壁的碰撞为完全弹性碰撞，则（1)每个分子作用于气壁的冲量I解（1）每个分子作用于气壁的冲量等于气体分子动量增量的负值（2)每秒钟碰在器壁单位面积上的分子数n0（3)作用在器壁上的压强p解（2）器壁ΔA面积上在Δt时间内碰撞的分子数解xyz0A例1

容积V=10l，气体质量M=100g，若分子方均根速率则压强p为多少？解：例2

一瓶氦气和一瓶氮气质量密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则A

温度相同，压强相同B

温度、压强都不相同C

温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强D

温度不相同，但氦气的压强小于氮气的压强解：分子平均平动动能相同，则温度相同C解：（2）氧气分子的质量：（3）分子平均平动动能：（1）由可得到单位体积内的分子数：例3

一容器内贮有氧气，其压强