大学物理(祝之光) 第四章 气体动理论.ppt

4-1 宏观与微观 统计规律 一、宏观与微观 二、统计规律 三、理想气体的物态方程 4-2 理想气体的压强和温度 一、理想气体的微观模型 二、关于气体分子集体的统计假设 三、理想气体压强公式 四、理想气体的温度 4-3 能量均分定理 理想气体的内能 一、气体分子的自由度 二、能量按自由度均分定理 三、理想气体的内能 4-4 麦克斯韦速率分布律 *玻尔兹曼能量分布律 一、麦克斯韦速率分布律 二、 三种统计速率 *三、 玻耳兹曼能量分布 一个分子的能量为 1 mol气体分子的能量为 定义：气体内部所有分子的动能和分子间的相互作用势能的总和称为气体的内能. 对于理想气体，分子之间无势能，因此理想气体的内能就是它的所有分子的动能之和. 质量为m 的气体的能量为 理想气体的内能只是温度的单值函数，而且和热力学温度成正比，也是状态函数. 对于一定量的理想气体，当温度改变 时，内能的改变量为 无论经由什么过程，只要温度变化相同，一定量的理想气体的内能变化就相同. 2. 什么是气体分子的最概然速率、平均速率及方均根速率? 它们的计算公式是什么？ 预习要点 *3. 玻尔兹曼能量分布律的基本结论是什么？ 1. 麦克斯韦速率分布律中的 和 的意义是什么? 从 麦克斯韦速率分布曲线看出哪些内容？ 大量分子速度分布遵循的统计规律叫麦克斯韦速度分布律，只考虑分子速率的分布的规律叫麦克斯韦速率分布律. 1. 分子速率分布的实验结果图（典型实验为施特恩实验） ：分子总数 2. 分布函数 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 . 表示速率在 区间的分子数占总分子数的百分比 . 3. 分布函数的意义 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. 麦氏分布函数 4. 麦克斯韦气体速率分布律 5. 麦克斯韦气体速率分布曲线 4）归一化条件 （1） 可取从 的可能速率； （2）具有等速率的分子数占气体分子总数的百分比很大，而较大和较小速率的分子数占分子总数的百分比较小； （3）小面积 及面积 分别表示在 和 两区间内的气体相对分子数，或一个分子速率取值分别在上述区间内的概率 . 即一个分子速率取任意数值的概率为100%. * * 第四章 气体动理论 4-0 第四章教学基本要求 4-1 宏观与微观 统计规律 4-2 理想气体的压强与温度 4-3 能量均分定理 理想气体的内能 4-0 第四章教学基本要求 4-4 麦克斯韦速率分布律 *玻耳兹曼能量分布律 第四章 气体动理论 教学基本要求 一、了解气体分子热运动图像, 了解微观描述与宏观描述的区别和联系. 二、理解平衡态的概念和理想气体的物态方程 . 三、理解理想气体的压强公式和温度公式. 通过推导压强公式,了解提出模型、统计平均、建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观量的微观本质的思想和方法，从而初步建立统计概念，能从宏观和统计意义上理解压强、温度和内能的概念. 四、通过建立理想气体的刚性分子模型，理解气体分子平均能量按自由度均分定理，并会用于计算理想气体的内能. 五、了解麦克斯韦速率分布律及分布函数和速率分布曲线的物理意义，了解气体分子热运动的三种统计速率. *六、了解玻耳兹曼能量分布律及其统计意义. 预习要点 什么是宏观量？什么是微观量？系统的宏观量和微观量之间有什么关系？ 什么是统计规律？ 它对个别或少量事件成立吗? 什么是平衡态？它与力学中的平衡概念有何不同？ 2. 气体分子热运动的图象 1. 热力学系统 热学研究的对象，通常是由大量微观粒子组成的系统. （1）分子数巨大，标准状态下任何气体 3. 宏观量 实测的物理量, 反映大量分子的集体特征. 如压强p、体积V和温度T等. （2）分子频繁碰撞，每秒内的平均碰撞次数约为数 10亿次. （3）分子的位置和速度瞬息万变，无法预测. 只能用统计方法寻找大量分子整体所遵循的规律性. 4. 微观量 描述组成系统的单个粒子（分子、原子或其他粒子）性质和状态的物理量, 如质量、动量、能量等. 5. 平衡态和非平衡态 一个系