大學(xué)物理-氣體分子動(dòng)理論ppt課件.ppt

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1、第三章氣體分子動(dòng)理論第一節(jié)氣體分子動(dòng)理論的基本概念1一、分子動(dòng)理論的三個(gè)基本觀點(diǎn)宏觀物體是不連續(xù)的，由大量微觀粒子——分子（或原子）所組成物質(zhì)內(nèi)的分子在不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，其劇烈程度與溫度有關(guān)2布朗運(yùn)動(dòng)一、分子動(dòng)理論的三個(gè)基本觀點(diǎn)3Ofrr0斥力引力合力分子力表現(xiàn)為斥力分子力表現(xiàn)為引力(平衡位置)分子間有相互作用力r0分子有效直徑勢(shì)能一、分子動(dòng)理論的三個(gè)基本觀點(diǎn)41.統(tǒng)計(jì)規(guī)律大量偶然事件在整體上表現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律性單個(gè)小球落入位置偶然事件少量小球按位置的分布規(guī)律不明顯大量小球按位置的分布確定的規(guī)律伽爾頓板實(shí)驗(yàn)二、氣體分子熱運(yùn)動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律52.隨機(jī)試驗(yàn)：對(duì)隨機(jī)現(xiàn)象進(jìn)行測(cè)試伽耳頓板實(shí)驗(yàn)中粒子落入的

2、位置氣體分子的速率、動(dòng)量、動(dòng)能等擲色子出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)在相同條件下可重復(fù)進(jìn)行；每次試驗(yàn)有多種可能結(jié)果；試驗(yàn)結(jié)果事先不可預(yù)測(cè)；不同試驗(yàn)之間無(wú)關(guān)聯(lián)。（隨機(jī)試驗(yàn)的每一個(gè)可能結(jié)果稱為一個(gè)隨機(jī)事件。）二、氣體分子熱運(yùn)動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律6每個(gè)宏觀點(diǎn)的氣體分子數(shù)量巨大；氣體分子間的相互碰撞是非常頻繁的；一秒內(nèi)一個(gè)分子大約要發(fā)生幾十億次(109)碰撞氣體分子間距很大，除碰撞外，分子間相互作用可忽略；氣體分子的微觀力學(xué)量取值無(wú)法預(yù)測(cè)，氣體的宏觀量穩(wěn)定；氣體分子熱運(yùn)動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律3.氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)二、氣體分子熱運(yùn)動(dòng)服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律7對(duì)隨機(jī)變量M進(jìn)行抽樣試驗(yàn)：M取Mi的概率。三、概率ＭＭ１Ｍ２Ｍ３……ＮΔＮ１ΔＮ２ΔＮ３…

3、…(N=ΔN1+ΔN2+ΔN3+…)1概率8例擲色子出現(xiàn)４的概率小球出現(xiàn)在第３個(gè)小槽三、概率9概率的歸一化條件(N=ΔN1+ΔN2+ΔN3+…)三、概率102平均值ＭＭ１Ｍ２Ｍ３……ＮΔＮ１ΔＮ２ΔＮ３……例擲色子出現(xiàn)的點(diǎn)數(shù)的平均值三、概率11……ＮΔＮ１ΔＮ２ΔＮ３……vxv１xv２xv３x……vyv１yv２yv３y……vzv１zv２zv３z……1氣體分子速率的平均值xyzO四、統(tǒng)計(jì)假設(shè)12氣體處于平衡態(tài)時(shí)，氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等。四、統(tǒng)計(jì)假設(shè)132氣體分子速率平方的平均值……ＮΔＮ１ΔＮ２ΔＮ３……………………xyzO四、統(tǒng)計(jì)假設(shè)14xyzO即四、統(tǒng)計(jì)假設(shè)15氣體處于平衡態(tài)時(shí)，氣

4、體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等。xyzO3氣體分子平動(dòng)動(dòng)能的平均值四、統(tǒng)計(jì)假設(shè)16第二節(jié)理想氣體的壓強(qiáng)和溫度17除碰撞瞬間外，分子間相互作用力可忽略不計(jì)。分子間勢(shì)能不計(jì)；所有的碰撞為完全彈性碰撞；分子的運(yùn)動(dòng)遵循牛頓力學(xué)規(guī)律分子不受外場(chǎng)的影響。一、理想氣體的微觀模型同種類氣體分子的性質(zhì)相同，質(zhì)量相等，分子本身大小相對(duì)于分子間距相比可忽略不計(jì)；18二、壓強(qiáng)形成的微觀解釋單個(gè)分子與器壁碰撞分子碰撞前后動(dòng)量改變，器壁給分子以沖力，同時(shí)分子給器壁以沖擊力大量分子（整個(gè)氣體系統(tǒng)）與器壁碰撞形成持續(xù)的壓力壓強(qiáng)是大量氣體分子碰撞容器的結(jié)果mvmv19xyzOcba建立三維直角坐標(biāo)系Oxyz選擇一長(zhǎng)寬高分別為a

5、,b,c的長(zhǎng)方體容器，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，壓強(qiáng)處處相同。分析A1平面A1A11.壓強(qiáng)公式推導(dǎo)二、壓強(qiáng)形成的微觀解釋20x方向速度分量為vix的分子i與氣體分子j碰撞，互換由于氣體分子是全同的，而且每次碰撞是彈性碰撞，因此氣體分子間的碰撞對(duì)結(jié)果的影響可忽略?？煽醋鞔罅繗怏w分子同時(shí)作來(lái)回運(yùn)動(dòng)卻“沒(méi)有”碰撞xyzOcbaA1三、理想氣體的壓強(qiáng)公式21x方向速度分量為vix的分子i與A1碰撞：一次碰撞中分子i的動(dòng)量增量：Δt時(shí)間內(nèi)與A1發(fā)生碰撞的次數(shù)：連續(xù)兩次與A1發(fā)生碰撞的時(shí)間間隔為：2a/vixxyzOcbaA1一次碰撞中分子i給器壁的沖量：三、理想氣體的壓強(qiáng)公式22xyzOcbaA1Δt時(shí)間內(nèi)分子

6、i作用于A1沖量：所有分子對(duì)A1的力：分子i對(duì)A1的平均力：分子數(shù)密度三、理想氣體的壓強(qiáng)公式23理想氣體壓強(qiáng)公式1）壓強(qiáng)是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均量,對(duì)個(gè)別或少數(shù)分子是沒(méi)有意義的，從上推導(dǎo)中可知，壓強(qiáng)是容器中大量氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)施于器壁單位面積的平均沖量。3）請(qǐng)注意在壓強(qiáng)公式推導(dǎo)中，所應(yīng)用的統(tǒng)計(jì)假設(shè)。2.討論2）壓強(qiáng)公式　　　中的n和　是統(tǒng)計(jì)平均量，表示p，n，三個(gè)統(tǒng)計(jì)平均量之間的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。三、理想氣體的壓強(qiáng)公式24四、溫度公式理想氣體的能量方程溫度的微觀本質(zhì)——阿伏伽德羅定律其中25五、道爾頓分壓定律幾種不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的混合氣體的壓強(qiáng)等于各種氣體的分壓強(qiáng)之和。證明：混合氣體的分子數(shù)密度混合氣體各組分

7、溫度相同混合氣體的壓強(qiáng)26例題1、一定質(zhì)量氣體,當(dāng)溫度不變時(shí)，壓強(qiáng)隨體積減小而增大；當(dāng)體積不變時(shí)，壓強(qiáng)隨溫度升高而增大。請(qǐng)從微觀上說(shuō)明這兩種變化的區(qū)別。討論：由(1)第一種情況：T不變(不變)，若,則(2)第二種情況：不變(不變)，若,則另(１)　增大，從而單位時(shí)間對(duì)器壁單位面積碰撞的分子數(shù)增多，平均碰撞次數(shù)增多。（2）使分子對(duì)器壁碰撞平均沖力增大，同時(shí)也使平均碰撞次數(shù)增多。六、舉例27第三節(jié)能量