物理习题集萃3市公开课金奖市赛课一等奖课件

一、抱负气体压强(平衡态）大量分子碰撞单位面积器壁平均作用力压强：器壁dt内与dA相碰分子数dA：宏观足够小，微观足够大一个分子碰壁对dA冲量N

个同种分子,m,n=N/V考虑速度为

分子第1页第1页2.温度是分子无规热运动平均平动动能量度温度是分子热运动猛烈程度量度1.温度是描述宏观热力学系统热平衡物理量3.温度是一个统计概念，是大量分子集体行为二、温度微观意义抱负气体分子平均平动能与分子种类无关4.气体分子热运动方均根速率第2页第2页一、自由度拟定物体位置所需独立坐标数目1)平动自由度

t动能为三个独立速度分量平方项之和2)转动自由度r转动动能为三个独立角速度分量平方项之和刚体自由运动

(平动)加(转动)动能为六个独立平方项之和15.6能量按自由度均分原理抱负气体内能第3页第3页3)振动自由度两个质点间相对位置改变能量为二个平方项之和若s个振动自由度，能量为2s个平方项之和二、分子自由度单原子分子(He、Ne、Ar等)能量表示式中有三个独立平方项双原子分子(O2、H2、CO等)刚性能量表示式中有五个独立平方项非刚性能量表示式中有七个独立平方项多原子分子刚性非刚性第4页第4页单原子分子三、能量均分定理等概率动能表示式中，每一个平方项平均值都是一个分子总平均热运动能量单原子分子双原子分子刚性非刚性多原子分子刚性非刚性在温度为T平衡态下，系统中分子能量表示式中每一个独立平方项都含有相同平均热运动能量，其大小等于第5页第5页四、抱负气体内能内能：系统内所有分子热运动动能、分子内势能与分子间互相作用势能总和。对于抱负气体，内能只含有一个分子1mol抱负气体内能只是温度函数一定量某种抱负气体内能完全取决于热力学温度T和分子自由度数。H2气体对数坐标0定容摩尔热容量与试验不符第6页第6页例:有N个假想气体分子，其速率分布如图，v

>

2v0

分子数为零。求:(1)

b大小；(2)

速率在

v0-2v0之间分子数;(3)

分子平均速率。解:第7页第7页二、等值过程特点状态方程系统吸热对外做功内能改变等温dT=0pV=C0等容dV=00等压dp=0绝热0热容量0第8页第8页4.卡诺定理：(1).工作在两个恒温热源之间卡诺热机效率最高。(2).工作在两个恒温热源之间所有卡诺热机效率相等，只与温度相关，与工作物质无关。三、热机1.卡诺热机：2.热机效率：3.致冷系数：第9页第9页第十五章气体动理论一、麦克斯韦分子速率分布1.最概然速率：2.平均速率：3.方均根速率：二、分子碰撞统计规律1.平均碰撞频率：2.平均自由程：第10页第10页三、抱负气体宏观量与微观量联系：四、能量均分定理1.内容：在温度T平衡态下，粒子每一个也许自由度都有相同平均动能kT/2。2.内能：五、玻耳兹曼熵公式“自然界一切过程都是向着微观状态数大方向进行”第11页第11页例

：如图所表示，有一除底部外其余部分均为绝热气筒，被一固定且导热板隔成A,B两部分，两部分分别盛有1mol抱负气体氮和1mol抱负气体氦，将334J热量从底部供应气体，气筒活塞上压强始终保持等压。试求过程中A部和B部各吸取热量及温度改变。（导热板热容量能够忽略）AN2BHe解：由于隔板导热，A,B两部分气体温度增量也相等。整个过程中系统对外界作功为：由B部气体状态方程可得：第12页第12页A部气体经历是等体过程：B部气体吸取热量为：第13页第13页例：如图所表示在刚性绝热容器中有一可无摩擦移动且不漏气导热隔板，将容器分A,B为两部分，A,B各有1mol

He气和O2

气温度分别为TA=300K,TB=600K,压强pA=pB=1.013105Pa。试求：（1）整个系统达到平衡时温度T,压强p.(2)He

气和O2

气各自熵改变。(设过程为准静态过程)AHeB

O2隔板解：（1）将He气和O2气作为一个系统，则整个系统与外界没有热互换，且对外不作功。系统总内能始终不变。第14页第14页设状态A,B两部分初态体积为VA,VB，末态体积为VA`，VB`。

第15页第15页（2）由抱负气体克劳修斯熵变公式：He气熵变：O2气熵变：系统熵变：第16页第16页p0VV1V2p1p2ⅠⅡⅢ例：已知：常温抱负气体1molH2求：解：系统对外做功分析哪段吸热只有Ⅰ—Ⅱ吸热第17页第17页例.1mol双原子分子抱负气体作如图可逆循环过程，其中1-2为直线，2-3为绝热线，3-1为等温线，已知T2=2T1,V3=8V1。求（1）各过程功，内能增量和传递热量；（2）此循环效率η。Vp0p1p2V1V2V3123解：（1）1→2过程有系统对外做功将（1），（2），（3）式代入：内能增量气体吸热第18页第18页3→1等温过程：外界对气体做功：系统放热内能增量2→3绝热过程：吸热Q3=0,内能增量系统对外做功（2）此循环效率第19页第19页例:有N个假想气体分子，其速率分布如图，v

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2v0

分子数为零。求:(1)

b大小；(2)

速率在

v0-2v0之间分子数;(3)

分子平均速率。解:第20页第20页例：在半径为R球型容器里贮有分子有效直径为d气体，试求该容器中最多可容纳多少个分子，才干使分子之间不至相碰，解：为使气体分子之间不相碰，则必须使分子平均自由程不小于容器直径，必须满足：第21页第21页例：一容器内某抱负气体温度为T=273k,压强为p=1.013105Pa,

密度为=1.25g/m3,试求：（1）气体分子运动方均根速率；（2）气体分子摩尔质量；（3）气体分子平均平动动能和转动动能；（4）单位体积内气体分子总平动动能；（5）设该气体有0.3mol,气体内能?（气体为双原子分子）解：（1）（2）（3）（4）（5）第22页第22页1.斯特藩-玻耳兹曼定律1879年，斯特藩2.维恩位移定律1884年，玻耳兹曼19NobelPrize黑体辐射试验规律6000K3000K可见光区第23页第23页1.维恩公式1896年2.

瑞利-金斯公式19三、黑体辐射公式19NobelPrize，发觉氩试验曲线维恩公式瑞利—金斯公式“紫外劫难”第24页第24页3.普朗克黑体辐射公式1900.10.19普朗克公式普朗克常数四、普朗克能量子假说1912月14日(1)黑体—带电线性谐振子(2)能量不连续，(3)能量子与试验结果惊人地符合实用中常取试验曲线维恩公式瑞利—金斯公式普朗克公式量子论生日第25页第25页n较大n较小积分求极值求极值19NobelPrize普朗克黑体辐射公式能量不连续，只能取某一最小能量整数倍—能量是量子化第26页第26页§2

光电效应爱因斯坦光量子论一、光电效应试验规律VGOOOOOOBOOKA1.饱和电流2.截止电压3.红限频率CsCaNa4.驰豫时间小于10-9s19勒纳德19NobelPrize光强较强光强较弱饱和电流1887年，赫兹发觉第27页第27页二.典型物理学所碰到困难截止电压红限频率驰豫时间小于10-9s三.爱因斯坦光量子论19，爱因斯坦提出了光子假说(1)光是由光子构成光子流逸出功：光电效应方程圆满解释了光电效应试验规律(2)光子能量最大初动能：第28页第28页四、光波粒二象性

波动性粒子性能量

，动量P，数量N波长，频率，振幅A五、光电效应应用19，密立根用试验验证了光电效应方程密立根，1923年NobelPrize

爱因斯坦，19NobelPrize放大器接控件机构光光控继电器示意图第29页第29页三、康普顿理论解释

物理图像一个入射X光子一个静止自由电子弹性碰撞能量动量守恒X射线由

光子构成康普顿散射是光子与原子外层电子碰撞结果光子在碰撞中损失部分能量使波长变长第30页第30页康普顿散射公式1927年NobelPrize电子康普顿波长碰撞前动量能量光子电子碰撞后光子电子Å第31页第31页四、讨论(1)散射波波长随散射角改变(2)只有X光才有明显康普顿效应

(3)散射光中，波长不变成份出现原因光子与被原子核束缚得很紧内层电子碰撞原子序数愈大物质内层电子数百分比越大(4)

在试验上证实了光粒子性(5)

证实微观粒子互相作用中，能量动量仍守恒波长改变量与原波长无关Å第32页第32页解（1）

波长X射线与静止自由电子作弹性碰撞,在与入射角成角方向上观测,问（2）在碰撞中，光子能量损失了多少？（1）散射波长改变量为多少？（3）反冲电子得到多少动能？（2）光子损失能量（3）反冲电子动能＝光子损失能量第33页第33页（A）两种效应中电子与光子两者构成系统都服从动量守恒定律。（B）两种效应都相称于电子和光子弹性碰撞过程。（C）两种效应都属于电子吸取光子过程。（D）光电效应是吸取光子过程，而康普顿效应则相当于光子和电子弹性碰撞。答案（D）

光电效应和康普顿效应都包括有电子与光子相互作用过程。对此，在下列几种理解中，正确是第34页第34页康普顿效应主要特点是（A）散射光波长均比入射光波长短，且随散射角增大而减小，但与散射体性质无关。（B）散射光波长均与入射光波长相同，与散射角，散射体性质无关。（C）散射光中既有与入射光波长相等，也有比入射光波长长和比入射光波长短，这与散射体性质相关。（D）散射光中有些波长比入射光波长长，且随散射角增大而增大，有些散射光波长与入射光波长相同，这些都与散射体性质无关。答案（D）第35页第35页§4

玻尔氢原子理论一、氢原子光谱普通规律埃格斯特朗A。6563Å4861Å4341Å4102Å3646Å紫外光区可见光区A.J.Ångström1853年巴耳末公式里德伯里德伯常数HaHbHgHd第36页第36页m=1，n=2,3,4,……赖曼系（19）紫外区m=2，n=3,4,5,……巴尔末系（1885年）可见区m=3，n=4,5,6,……帕邢系（19）红外区m=4，n=5,6,7,……布喇开系（1922年）红外区m=5，n=6,7,8,……普芳德系（1924年）红外区(1)光谱是线状分立(2)可构成谱线系(3)波数可表为二光谱项差19，里兹光谱项组合原则第37页第37页三、玻尔氢原子结构理论N.玻尔(1)定态假设

原子系统只能处于一系列含有不连续能量稳定状态(定态)。定态时核外电子在一定轨道上作圆周运动，不发射电磁波。(2)频率条件

当原子从一个能量为En定态跃迁到另一个能量为Em定态时，就要发射或吸取一个频率为光子。(3)轨道量子化

电子在稳定圆轨道上运动时，其轨道角动量必须等于h/2整数倍。第38页第38页四、对氢原子光谱解释(1)轨道半径玻尔半径与n平方成正比精细结构常数与n成反比第39页第39页(2)能量能量量子化—能级基态激发态

n时,En,能级趋于连续E>0时,原子处于电离状态第40页第40页m=m=1m=2m=3m=4m=5赖曼系巴尔末系帕邢系