《理化生物理》课件.ppt
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- 理化生物理 理化 生物 课件
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1、2、振动方向、振动方向相同相同(或平行)或平行),振动频率,振动频率相同相同kxx2322121212k23212作业作业12 答答 案案1、(C)3、(1)两列波传到两列波传到P点的振动方程为:点的振动方程为:110.1cos2()rytu220.1cos2()rytu212rru(2)振动加强:振动加强:2k 2k Kinetic theory of gases热现象和热运动热现象和热运动 研究对象研究对象单个单个分子分子 无序、具有偶然性、遵循力学规律。无序、具有偶然性、遵循力学规律。研究对象特征研究对象特征整体整体(大量分子)(大量分子)服从统计规律服从统计规律。热学的研究对象和研究方
2、法热学的研究对象和研究方法1.微观法微观法 从能量的观点出发,以大量实验观测为基础从能量的观点出发,以大量实验观测为基础逻辑逻辑推理(运用数学)推理(运用数学)称为称为热力学热力学。热学的研究方法热学的研究方法2.宏观法宏观法 物质的微观结构物质的微观结构+统计方法统计方法 称为统计物理学。称为统计物理学。其初级理论称为其初级理论称为气体动理论气体动理论。7-1 热力学系统热力学系统 平衡态平衡态 状态参量状态参量一、热力学系统一、热力学系统系统以外的物体称为系统以外的物体称为外界外界热力学系统热力学系统(系统系统)热力学所研究的对象热力学所研究的对象描述系统状态的量分描述系统状态的量分宏观量
3、宏观量和和微观量微观量1.宏观量宏观量例如:例如:体积体积V、压强、压强 p、温度、温度T表示大量分子集体特征的物理量(可直接测量)表示大量分子集体特征的物理量(可直接测量)2.微观量微观量例如:例如:分子的质量分子的质量m、直径、直径 d、速度、速度 v、动量、动量 p 等等描述个别分子运动状态的物理量(不可直接测量)描述个别分子运动状态的物理量(不可直接测量)宏观量是大量粒子运动的集体表现,决定于微观宏观量是大量粒子运动的集体表现,决定于微观量的统计平均值。量的统计平均值。二、平衡态二、平衡态 在不受外界影响的条件下,宏观性质不随时间变化在不受外界影响的条件下,宏观性质不随时间变化的状态叫
4、的状态叫平衡态平衡态。说明说明 (1)不受外界影响是指系统与外界不通过不受外界影响是指系统与外界不通过作功作功或或传热传热的方式交换能量。的方式交换能量。(2)热力学平衡态是热力学平衡态是动动的平衡,通常把这种平衡的平衡,通常把这种平衡叫叫热动平衡热动平衡。(3)平衡态是一个理想的概念。平衡态是一个理想的概念。(4)平衡态可用一组确定平衡态可用一组确定的值的值(p,V,T)表示,用表示,用p-V 图图上的一点来表示。上的一点来表示。pVo),(111TVpA),(222TVpB用来描述系统运动状态的物理量称为用来描述系统运动状态的物理量称为状态参量状态参量三、状态参量三、状态参量压强压强、体积
5、、温度、体积、温度气体的状态参量气体的状态参量 气体施加于器壁的正压力气体施加于器壁的正压力 1、压强、压强 p单位:帕斯卡单位:帕斯卡(Pa)1Pa=1Nm-2 1atm=760mmHg=1.01325105Pa 气体分子能自由活动的空间气体分子能自由活动的空间2、体积体积V单位:单位:米米3(m3)1L=10 3m33、温度温度T热力学热力学(开氏开氏)温标:温标:K,冰点,冰点 为为273.15K 15.273 tTmM为为摩摩尔尔数数mpVRTM气体质量气体质量摩尔质量摩尔质量摩尔气体常量摩尔气体常量)KmolJ31.8-1-1(RRTpVANN123Amol1002.6N阿伏伽德罗常
6、数阿伏伽德罗常数ARpVNTN玻玻尔尔兹兹曼曼常常量量231.38 10J/KARkNpVNkTnN V令令pnkT7-2 理想气体状态方程理想气体状态方程解:解:设混合设混合A和和B前中气体的质量分别为前中气体的质量分别为m1和和m2,由气态方程:,由气态方程:1111RTMmVp2222RTMmVp)(122211121TVpTVpRMmm 又设混合后又设混合后A和和B中气体的状态参量分别为中气体的状态参量分别为p、V1、T1、m1和和p、V2、T2、m2,由气态方程:,由气态方程:)(221121TVTVRpMmm2121mmmm)()(12211222111TVTVRpTVpTVpR1
7、221122211TVTVTVpTVppPa10268.64 例题例题:两个盛有空气的容器两个盛有空气的容器A和和B,用有活塞之细管相连,用有活塞之细管相连(细管细管体积可忽略不计体积可忽略不计),容器,容器A浸入温度为浸入温度为t1=100 C的沸水中,而容的沸水中,而容器器B浸入温度为浸入温度为t2=20 C的冷却混合物中,开始时活塞关闭,容的冷却混合物中,开始时活塞关闭,容器器A中空气的压力为中空气的压力为p1=40cmHg,而,而B中压力为中压力为p2=50cmHg,如果如果A的容积为的容积为V1=2.510-4 m3,B的容积为的容积为V2=410-4 m3,求,求活塞打开后的稳定压
8、力。活塞打开后的稳定压力。7-3 理想气体的压强理想气体的压强一、理想气体的微观模型一、理想气体的微观模型 1、气体分子的大小与气体分子间的平均距离相比、气体分子的大小与气体分子间的平均距离相比可忽略不计,分子可以看成是质点。可忽略不计,分子可以看成是质点。2、除、除“碰撞碰撞”瞬间外,分子间及分子与器壁间的瞬间外,分子间及分子与器壁间的相互作用可忽略不计,即在两次碰撞间,分子可看成相互作用可忽略不计,即在两次碰撞间,分子可看成是匀速直线运动。是匀速直线运动。3、分子间的相互碰撞,以及分子与器壁的碰撞可、分子间的相互碰撞,以及分子与器壁的碰撞可视为完全弹性碰撞。视为完全弹性碰撞。理想气体分子理
9、想气体分子好像是一个个没有大小并且除碰撞瞬好像是一个个没有大小并且除碰撞瞬间外没有相互作用的弹性球。间外没有相互作用的弹性球。二、平衡状态气体的统计假设二、平衡状态气体的统计假设 1、平衡态气体分子均匀地分布于容器中,即分子数、平衡态气体分子均匀地分布于容器中,即分子数密度处处相等。密度处处相等。二、理想气体的压强公式二、理想气体的压强公式 1、压强的微观实质:、压强的微观实质:2、分子沿各个方向运动的概率相同。、分子沿各个方向运动的概率相同。任一时刻沿各向运动的分子数相同。任一时刻沿各向运动的分子数相同。*分子速度在各个方向分量的各种平均值相等。分子速度在各个方向分量的各种平均值相等。zyx
10、vvv222zyxvvv222231vvvvzyx2222vvvvzyx 这种这种统计假设统计假设是对大量分子而言,是大量分子的是对大量分子而言,是大量分子的统计平均值,且分子数越多,准确度越高。统计平均值,且分子数越多,准确度越高。气体的压强是由大量分子在和器壁碰撞中不断给气体的压强是由大量分子在和器壁碰撞中不断给器壁以力的作用所引起的。器壁以力的作用所引起的。2、理想气体压强公式推导、理想气体压强公式推导12xva1v1yv1zv1xv(1)计算一个分子在一次碰撞时施予器壁的冲量。计算一个分子在一次碰撞时施予器壁的冲量。xyz1l3l2lo2A1A1xv1x v (2)计算一个分子在单位时
11、间计算一个分子在单位时间内碰撞施予器壁的冲量。内碰撞施予器壁的冲量。1112xaAl单单位位时时间间内内分分子子 与与面面相相碰碰次次。v11122xxlvv211xlv211Nixilv222121()xxNxlvvv N个分子施予个分子施予A1面的作用力面的作用力分子分子a施予施予A1面的冲量为:面的冲量为:(3)求求N个分子在单位时间内施予个分子在单位时间内施予A1面的总冲量。面的总冲量。(设分子的质量为(设分子的质量为)1aA分分子子 在在一一次次碰碰撞撞时时施施予予面面的的冲冲量量为为(4)求气体分子施予求气体分子施予A1面的压强面的压强 212 31 2 3NixiFpl ll l
12、 lv21NixiNVNv21NixiNv21NixiVv2x v2xpnvknp3222212xxNxNvvvnN个分子沿个分子沿x轴的速度轴的速度分量平方的平均值。分量平方的平均值。2222222vvvvvvvzyxzyx且且222231vvvvzyx213pnv221()32nv分分子子的的平平均均平平动动动动能能kknp32 统计关系式统计关系式压强的物理压强的物理意义意义微观量的统计平均值微观量的统计平均值宏观可测量量宏观可测量量 气体的气体的压强压强是由大量分子对器壁的碰撞而产生的,它是由大量分子对器壁的碰撞而产生的,它是一个统计平均量,气体分子是一个统计平均量,气体分子平均平动动
13、能平均平动动能也是一个统也是一个统计平均量,计平均量,分子数密度分子数密度实际上也是一个统计平均量。气实际上也是一个统计平均量。气体压强公式给出了三个统计平均量之间的关系。建立了体压强公式给出了三个统计平均量之间的关系。建立了宏观可测量量与微观量的统计平均值之间的关系宏观可测量量与微观量的统计平均值之间的关系。宏观可测量量宏观可测量量7-4 理想气体的温度公式理想气体的温度公式设质量为设质量为 m 的气体分子数为的气体分子数为N,分子质量为,分子质量为,则,则根据理想气体的状态方程根据理想气体的状态方程mpVRTMAN RpTV Nnk玻玻尔尔兹兹曼曼常常量量AmNMNJ/K1038.1100
14、2.631.823230NRknkTp knp32Tkk23微观量的统计平均值微观量的统计平均值分子平均平动动能分子平均平动动能 21322kkTv温度温度 T 的物理的物理意义意义 1)温度是分子平均平动动能的量度,也是表征大)温度是分子平均平动动能的量度,也是表征大量分子热运动剧烈程度的物理量。量分子热运动剧烈程度的物理量。气体温度越高气体温度越高平均平动动能越大平均平动动能越大气体分子热气体分子热运动越剧烈。运动越剧烈。2)温度是大量分子的集体表现,)温度是大量分子的集体表现,对单个分子谈温对单个分子谈温度是没有意义的。度是没有意义的。3)在同一温度下,各种气体分子平均平动动能均)在同一
15、温度下,各种气体分子平均平动动能均相等,与气体的性质无关。相等,与气体的性质无关。注意注意 热热运动与运动与宏观宏观运动的区别:温度所反映的运动的区别:温度所反映的是分子的无规则运动,它和物体的整体运动是分子的无规则运动,它和物体的整体运动无关,物体的整体运动是其中所有分子的一无关,物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现。种有规则运动的表现。例例1 在标准状态下,气体分子的平均平动动能有多大?在标准状态下,气体分子的平均平动动能有多大?1m3的气体中有多少个气体分子?这些分子的平均平动的气体中有多少个气体分子?这些分子的平均平动动能的总和是多少?动能的总和是多少?解:解:(1)由气
16、体分子的平均平动动能与温度的关系式由气体分子的平均平动动能与温度的关系式21322kTvJ1065.52731038.1232123(2)由关系式由关系式 p=nkT,n 为为1m3的气体分子数的气体分子数325235m1069.22731038.110013.1kTpn(3)n个分子的平均平动动能总和为个分子的平均平动动能总和为21()2nv352125J/m101.521065.51069.2洛喜密脱数洛喜密脱数319cm1069.2 例题例题2 一容器为一容器为V=1.0m3的容器内装有的容器内装有N1=1.01024个个氧分子和氧分子和 N2=3.01024个氮分子的混合气体,混合气体
17、个氮分子的混合气体,混合气体的压强的压强 p=2.58 104Pa。试求。试求:(1)分子的平均平动动能;分子的平均平动动能;(2)混合气体的温度。混合气体的温度。解:解:单位体积内的分子数为单位体积内的分子数为32421m100.4VNNnknp32由由压压强强公公式式(1)npk23J1068.9100.421058.2321244nkTp 由由理理想想气气体体状状态态方方程程(2)nkpT K4671038.1100.41058.2232447-5 能量均分定理能量均分定理 理想气体内能理想气体内能一、自由度:一、自由度:要完全确定一个物体在空间的位置所需引入的要完全确定一个物体在空间的
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