1、 安徽理工大學(xué)安徽理工大學(xué) 20052005級(jí)級(jí)大學(xué)物理大學(xué)物理物理教研室物理教研室 熱學(xué)熱學(xué) 研究對(duì)象研究對(duì)象: : 熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象 : 物質(zhì)與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化的規(guī)律。物質(zhì)與溫度有關(guān)的物理性質(zhì)的變化的規(guī)律。 熱運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng) : 構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的永不構(gòu)成宏觀物體的大量微觀粒子的永不 休止休止 的無規(guī)運(yùn)動(dòng)的無規(guī)運(yùn)動(dòng) . 研究方法研究方法1. 熱力學(xué)熱力學(xué) 宏觀描述宏觀描述 實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)， 給出宏觀物體熱現(xiàn)象的規(guī)律，給出宏觀物體熱現(xiàn)象的規(guī)律，從能量觀點(diǎn)出發(fā)，分析研究物態(tài)變化過程中熱功轉(zhuǎn)從能量觀點(diǎn)出發(fā)，分析研究物態(tài)變化過程中熱功轉(zhuǎn)換的關(guān)系和條件換的關(guān)系和條件 . 1）具

2、有可靠性；具有可靠性； 2）知其然而不知其所以然；知其然而不知其所以然； 3）應(yīng)用宏觀參量應(yīng)用宏觀參量 .特點(diǎn)特點(diǎn)2. 氣體動(dòng)理論氣體動(dòng)理論 微微觀描述觀描述 研究大量數(shù)目的熱運(yùn)動(dòng)的粒子系統(tǒng)，應(yīng)用模研究大量數(shù)目的熱運(yùn)動(dòng)的粒子系統(tǒng)，應(yīng)用模型假設(shè)和統(tǒng)計(jì)方法型假設(shè)和統(tǒng)計(jì)方法 .兩種方法的關(guān)系兩種方法的關(guān)系氣體動(dòng)理論氣體動(dòng)理論熱熱力學(xué)力學(xué)相輔相成相輔相成 1）揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)；揭示宏觀現(xiàn)象的本質(zhì)； 2）有局限性，與實(shí)際有偏差，不可任意推廣有局限性，與實(shí)際有偏差，不可任意推廣 .特點(diǎn)特點(diǎn)玻耳茲曼玻耳茲曼麥克斯韋麥克斯韋第一講第一講 理想氣體的壓強(qiáng)公式理想氣體的壓強(qiáng)公式第二講第二講 理想氣體的內(nèi)能、理想

3、氣體的內(nèi)能、 能量均分定理能量均分定理第三講第三講 麥克斯韋速率分布律麥克斯韋速率分布律氣體分子的平均碰撞頻率和平均自由程氣體分子的平均碰撞頻率和平均自由程 氣體動(dòng)理論氣體動(dòng)理論主要內(nèi)容主要內(nèi)容:第一講第一講 理想氣體的壓強(qiáng)公式理想氣體的壓強(qiáng)公式本次課內(nèi)容本次課內(nèi)容7-1 7-1 物質(zhì)的微觀模型物質(zhì)的微觀模型 統(tǒng)計(jì)規(guī)律性統(tǒng)計(jì)規(guī)律性7-2 7-2 理想氣體的壓強(qiáng)公式理想氣體的壓強(qiáng)公式 課本課本 pp226pp226232232；練習(xí)冊(cè)；練習(xí)冊(cè) 第十五單元第十五單元 1. 了解了解氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的圖像氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的圖像 . 2. 理解理解理想氣體的壓強(qiáng)公式，理想氣體的壓強(qiáng)公式， 通過推導(dǎo)氣體壓通

4、過推導(dǎo)氣體壓強(qiáng)公式，了解從提出模型、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均、建立宏強(qiáng)公式，了解從提出模型、進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均、建立宏觀量與微觀量的聯(lián)系，到闡明宏觀量的微觀本質(zhì)的觀量與微觀量的聯(lián)系，到闡明宏觀量的微觀本質(zhì)的思想和方法思想和方法 . 能從宏觀和微觀兩方面理解壓強(qiáng)和溫能從宏觀和微觀兩方面理解壓強(qiáng)和溫度等概念度等概念 . 了解系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)是微觀運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)了解系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)是微觀運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)表現(xiàn)表現(xiàn) . 宏觀物體都是由宏觀物體都是由大量大量不停息地運(yùn)動(dòng)著的、彼此不停息地運(yùn)動(dòng)著的、彼此有相互作用的分子或原子組成有相互作用的分子或原子組成 . 利用掃描隧道顯利用掃描隧道顯微鏡技術(shù)把一個(gè)個(gè)原微鏡技術(shù)把一個(gè)個(gè)原子排列成子排列成

5、 IBM 字母字母的照片的照片. 現(xiàn)代的儀器已可以觀察和測(cè)量分子或原子的大現(xiàn)代的儀器已可以觀察和測(cè)量分子或原子的大小以及它們?cè)谖矬w中的排列情況小以及它們?cè)谖矬w中的排列情況, 例如例如 X 光分析儀光分析儀,電子顯微鏡電子顯微鏡, 掃描隧道顯微鏡等掃描隧道顯微鏡等. 對(duì)于由對(duì)于由大量大量分子組成的熱力學(xué)分子組成的熱力學(xué)系統(tǒng)系統(tǒng)從從微微觀上加觀上加以研究時(shí)以研究時(shí), 必須用必須用統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)的方法的方法.7-1 物質(zhì)的微觀模型物質(zhì)的微觀模型 統(tǒng)計(jì)規(guī)律性統(tǒng)計(jì)規(guī)律性123Amol10)36(0221367.6N1. 分子的數(shù)密度和線度分子的數(shù)密度和線度 阿伏伽德羅常數(shù)：阿伏伽德羅常數(shù)：1 mol 物質(zhì)所含

6、的分子（或原物質(zhì)所含的分子（或原子）的數(shù)目均相同子）的數(shù)目均相同 .例例 常溫常壓下常溫常壓下319cm/1047. 2氮n322cm/1030. 3水n例例 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧分子標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氧分子直徑直徑 m10410d分子間距分子間距分子線度分子線度10分子數(shù)密度（分子數(shù)密度（ ）：單位體積內(nèi)的分子數(shù)目）：單位體積內(nèi)的分子數(shù)目.n2.分分 子子 力力3.分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性及統(tǒng)計(jì)規(guī)律分子熱運(yùn)動(dòng)的無序性及統(tǒng)計(jì)規(guī)律 熱運(yùn)動(dòng)：大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明分子都在作永不停熱運(yùn)動(dòng)：大量實(shí)驗(yàn)事實(shí)表明分子都在作永不停止的無規(guī)運(yùn)動(dòng)止的無規(guī)運(yùn)動(dòng) .例例 : 常溫和常壓下的氧分子常溫和常壓下的氧分子s /10;m10107次zm

7、/s450v0,m109Fr 當(dāng)當(dāng) 時(shí)，分子力主時(shí)，分子力主要表現(xiàn)為斥力；當(dāng)要表現(xiàn)為斥力；當(dāng) 時(shí)，時(shí)，分子力主要表現(xiàn)為引力分子力主要表現(xiàn)為引力.0rr0rr0rorFm10100r分子力分子力 對(duì)于由大對(duì)于由大量分子組成的量分子組成的熱力學(xué)系統(tǒng)從熱力學(xué)系統(tǒng)從微觀上加以研微觀上加以研究時(shí)，必須用究時(shí)，必須用統(tǒng)計(jì)的方法統(tǒng)計(jì)的方法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8、. . . . . . . . . . . 小球在伽小球在伽爾頓板中的分爾頓板中的分布規(guī)律布規(guī)律 . 統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律 當(dāng)小球數(shù)當(dāng)小球數(shù) N 足夠大時(shí)小球的分布具有足夠大時(shí)小球的分布具有統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律.設(shè)設(shè) 為第為第 格中的粒子數(shù)格中的粒子數(shù) .iNiNNiNi lim 概率概率 粒子在第粒子在第 格中格中出現(xiàn)的可能性大小出現(xiàn)的可能性大小 .i1iiiiNN歸一化條件歸一化條件 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iiNN粒子總數(shù)粒子

9、總數(shù) 1）分子可視為質(zhì)點(diǎn)；分子可視為質(zhì)點(diǎn)； 線度線度間距間距 ; ,m1010drdr,m1092）除碰撞瞬間除碰撞瞬間, 分子間無相互作用力；分子間無相互作用力；一一. 理想氣體的微觀模型理想氣體的微觀模型4）分子的運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律分子的運(yùn)動(dòng)遵從經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律 .3）彈性質(zhì)點(diǎn)（碰撞均為完全彈性碰撞）；彈性質(zhì)點(diǎn)（碰撞均為完全彈性碰撞）；7-2 理想氣體的壓強(qiáng)公式理想氣體的壓強(qiáng)公式 xvmxvm-2Avoyzxyzx1Avyvxvzvo 設(shè)設(shè) 邊長分別為邊長分別為 x、y 及及 z 的的長方體中有長方體中有 N 個(gè)全個(gè)全同的質(zhì)量為同的質(zhì)量為 m 的氣體分子，計(jì)算的氣體分子，計(jì)算 壁面所受壓

10、強(qiáng)壁面所受壓強(qiáng) .1A二二 . 理想氣體壓強(qiáng)公式理想氣體壓強(qiáng)公式2）分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等kjiiziyixivvvv分子運(yùn)動(dòng)速度分子運(yùn)動(dòng)速度熱動(dòng)平衡的統(tǒng)計(jì)規(guī)律熱動(dòng)平衡的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 （ 平衡態(tài)平衡態(tài) ）VNVNndd1）分子按位置的分布是均勻的分子按位置的分布是均勻的 大量分子對(duì)器壁碰撞的總效果大量分子對(duì)器壁碰撞的總效果 ： 恒定的、持續(xù)恒定的、持續(xù)的力的作用的力的作用 .單個(gè)分子對(duì)器壁碰撞特性單個(gè)分子對(duì)器壁碰撞特性 : 偶然性偶然性 、不連續(xù)性、不連續(xù)性.222231vvvvzyx各方向運(yùn)動(dòng)各方向運(yùn)動(dòng)概概率均等率均等iixxN221vv 方向速度平方的平均值方向速度平方的

11、平均值x0zyxvvv各方向運(yùn)動(dòng)概率均等各方向運(yùn)動(dòng)概率均等2）分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等分子各方向運(yùn)動(dòng)概率均等kjiiziyixivvvv分子運(yùn)動(dòng)速度分子運(yùn)動(dòng)速度分子施于器壁的沖量分子施于器壁的沖量ixmv2單個(gè)分子單位時(shí)間施于器壁的沖量單個(gè)分子單位時(shí)間施于器壁的沖量xmix2vxvmxvm-2Avoyzxyzx1Aixixmpv2 x方向動(dòng)量變化方向動(dòng)量變化兩次碰撞間隔時(shí)間兩次碰撞間隔時(shí)間ixx v2單位時(shí)間碰撞次數(shù)單位時(shí)間碰撞次數(shù)2xvix 單個(gè)單個(gè)分子遵循力學(xué)規(guī)律分子遵循力學(xué)規(guī)律 單位時(shí)間單位時(shí)間 N 個(gè)粒子個(gè)粒子對(duì)器壁總沖量對(duì)器壁總沖量 2222xixiixiixxNmNxNmxmxmvvvvi 大量大量分子總效應(yīng)分子總效應(yīng)xvmxvm-2Avoyzxyzx1A 單個(gè)分子單位時(shí)間單個(gè)分子單位時(shí)間施于器壁的沖量施于器壁的沖量xmix2v器壁器壁 所受平均沖力所受平均沖力 xNmFx2v1A氣體壓強(qiáng)氣體壓強(qiáng)2xxyzNmyzFpv統(tǒng)計(jì)規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律xyzNn 2231vvx分子平均平動(dòng)動(dòng)能分子平均平動(dòng)動(dòng)能2k21vmk32np xvmxvm-2Avoyzxyzx1A器壁器壁 所受平均沖力所受平均沖力