第三章 分子物理学基础

分子物理学基础第四章分子物理学基础

一能从宏观和统计意义上理解压强、温度等概念。了解了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现，了解统计方法。

二

掌握分子平均能量按自由度均分原理，会计算理想气体的内能。教学基本要求

三

理解麦克斯韦速度分布律、速率分布函数曲线的物理意义，理解“三种速率”的意义和求法，了解玻尔兹曼能量分布律。四

了解物质中三种迁移现象的概念、宏观规律等。五

了解液体的表面现象。第四章分子物理学基础2气体的物态参量（宏观量）一、热力学系统1系统与环境第一节理想气体的压强和温度3平衡态一定量的气体，在不受外界的影响下,经过一定的时间,系统达到一个稳定的,宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态.（理想状态）真空膨胀气体压强体积

温度平衡态的特点*1）单一性（处处相等）;2）物态的稳定性——与时间无关；3）自发过程的终点；4）热动平衡（有别于力平衡）.第一节理想气体的压强和温度物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数关系.摩尔气体常量对一定质量的同种气体理想气体物态方程理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体.理想气体物态方程第一节理想气体的压强和温度第一节理想气体的压强和温度二、理想气体的微观模型

1分子可视为质点；

线度间距

；2除碰撞瞬间,分子间无相互作用力；4分子的运动遵从经典力学的规律3弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；2）分子各方向运动概率均等分子运动速度热动平衡的统计假设：1）分子按位置的分布是均匀的第一节理想气体的压强和温度各方向运动概率均等

方向速度平方的平均值三、理想气体的压强公式第一节理想气体的压强和温度单个分子与器壁碰撞一次其动量的改变值：单个分子在时间内对器壁的冲量：设边长为的立方体中有

N

个全同的质量为m

的气体分子，推导壁面所受压强.N

个分子对器壁的平均冲力：气体压强

统计关系式压强的物理意义宏观可测量量微观量的统计平均值压强的微观实质。压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果。压强公式不能直接用实验验证。分子平均平动动能第一节理想气体的压强和温度玻尔兹曼常数宏观可测量量微观量的统计平均值分子平均平动动能第一节理想气体的压强和温度四、理想气体的温度阿伏伽德罗定律温度T的物理意义：1）温度是分子平均平动动能的量度；2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义。3）同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等。（A）温度相同、压强相同。（B）温度、压强都不同。（C）温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强.（D）温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强.解

一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们讨论第一节理想气体的压强和温度

例

理想气体体积为V，压强为p，温度为T,一个分子的质量为m，k为玻尔兹曼常量，R为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数为：（A）（B）（C）（D）解第一节理想气体的压强和温度一、自由度数第二节能量按自由度均分原理决定一个物体空间位置所需要的独立坐标数。

单原子分子单原子分子的平均能量

刚性双原子分子分子平均平动动能分子平均转动动能第二节能量按自由度均分原理分子平均振动能量分子平均能量非刚性分子平均能量*C

非刚性双原子分子第二节能量按自由度均分原理自由度数目平动转动振动单原子分子

303双原子分子325多原子分子336刚性分子能量自由度分子自由度平动转动总第二节能量按自由度均分原理三理想气体的内能理想气体的内能：分子动能和分子内原子间的势能之和.

1mol

理想气体的内能

二能量均分定理（玻尔兹曼假设）

气体处于平衡态时，分子任何一个自由度的平均能量都相等，均为，这就是能量按自由度均分定理.分子的平均能量第二节能量按自由度均分原理理想气体的内能理想气体内能变化

定容摩尔热容定压摩尔热容摩尔热容比

第二节能量按自由度均分原理例题：4-2实验装置一测定气体分子速率分布的实验金属蒸汽显示屏狭缝接抽气泵第三节分子的速率分子速率分布图：分子总数为速率在区间的分子数.表示速率在区间的分子数占总数的百分比.第三节分子的速率分布函数表示速率在区间的分子数占总分子数的百分比.归一化条件

表示在温度为的平衡状态下，速率在

附近单位速率区间的分子数占总数的百分比.物理意义第三节分子的速率速率位于内分子数速率位于区间的分子数速率位于区间的分子数占总数的百分比第三节分子的速率麦氏分布函数二麦克斯韦气体速率分布定律

反映理想气体在热动平衡条件下，各速率区间分子数占总分子数的百分比的规律.第三节分子的速率三三种统计速率1）最概然速率根据分布函数求得气体在一定温度下分布在最概然速率附近单位速率间隔内的相对分子数最多.物理意义第三节分子的速率2）平均速率第三节分子的速率3）方均根速率第三节分子的速率同一温度下不同气体的速率分布N2分子在不同温度下的速率分布第三节分子的速率讨论

麦克斯韦速率分布中最概然速率的概念下面哪种表述正确？（A）是气体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）是麦克斯韦速率分布函数的最大值.（D）速率大小与最概然速率相近的气体分子的比率最大.第三节分子的速率

例计算在时，氢气和氧气分子的方均根速率.氢气分子氧气分子第三节分子的速率1）2）

例已知分子数，分子质量，分布函数求1）速率在间的分子数；2）速率在间所有分子动能之和.速率在间的分子数第三节分子的速率例

如图示两条曲线分别表示氢气和氧气在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线，从图上数据求出氢气和氧气的最可几速率.2000第三节