醫(yī)用物理學(xué)07分子動(dòng)理論ppt課件

1、1第七章分子動(dòng)理論第七章分子動(dòng)理論1 1、掌握理想氣體分子狀態(tài)方程、壓強(qiáng)公式、掌握理想氣體分子狀態(tài)方程、壓強(qiáng)公式、能量公式。能量公式。2 2、理解理想氣體分子能量按自由度均分原理、理解理想氣體分子能量按自由度均分原理 。3 3、掌握表面張力、彎曲液面下的附加壓強(qiáng)。、掌握表面張力、彎曲液面下的附加壓強(qiáng)。4 4、理解毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞現(xiàn)象。、理解毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞現(xiàn)象。5 5、了解表面能、表面活性物質(zhì)。、了解表面能、表面活性物質(zhì)。271物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)一、基本概念一、基本概念二、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)二、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)3一、基本概念一、基本概念2 2、微觀量：用來描述單個(gè)微觀粒子的物理量：、微

2、觀量：用來描述單個(gè)微觀粒子的物理量：m m、v v等。等。1 1、微觀粒子：組成宏觀物體的大量微觀分子或、微觀粒子：組成宏觀物體的大量微觀分子或原子。原子。3 3、宏觀量：表示大量分子集體特性的物理量：、宏觀量：表示大量分子集體特性的物理量：壓強(qiáng)、溫度、體積等。壓強(qiáng)、溫度、體積等。4 4、熱運(yùn)動(dòng)：大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為熱運(yùn)動(dòng)。、熱運(yùn)動(dòng)：大量分子的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為熱運(yùn)動(dòng)。4二、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)二、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)分子動(dòng)理論：分子動(dòng)理論：微觀理論微觀理論，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法建立運(yùn)用統(tǒng)計(jì)方法建立宏觀量與相應(yīng)微觀量平均值之間的關(guān)系。宏觀量與相應(yīng)微觀量平均值之間的關(guān)系。1.1.宏觀物質(zhì)由大量不連續(xù)的微觀粒子宏觀物

3、質(zhì)由大量不連續(xù)的微觀粒子( (分子分子或原子或原子) )組成。組成。2 2、分子不停地作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)（平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、分子不停地作無規(guī)則運(yùn)動(dòng)（平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)、振動(dòng)），劇烈程度與溫度有關(guān)，這種運(yùn)動(dòng)稱振動(dòng)），劇烈程度與溫度有關(guān)，這種運(yùn)動(dòng)稱這為熱運(yùn)動(dòng)。這為熱運(yùn)動(dòng)。5二、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)二、物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)3 3、組成物質(zhì)的分子間有相互作用力。、組成物質(zhì)的分子間有相互作用力。12F引引F斥斥 F rr0r nmrCrCF21斥力：物體體積斥力：物體體積不能無限縮小不能無限縮小引力：分子能結(jié)合引力：分子能結(jié)合成物體的凝聚態(tài)成物體的凝聚態(tài)短程力短程力672理想氣體分子動(dòng)理論理想氣體分子動(dòng)理論一、理想氣體的狀態(tài)方程一、理

4、想氣體的狀態(tài)方程二、理想氣體的微觀模型二、理想氣體的微觀模型三、理想氣體的壓強(qiáng)公式三、理想氣體的壓強(qiáng)公式四、理想氣體的能量公式四、理想氣體的能量公式五、理想氣體定律的推導(dǎo)五、理想氣體定律的推導(dǎo)六、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能六、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能7一、理想氣體的狀態(tài)方程一、理想氣體的狀態(tài)方程一個(gè)氣體系統(tǒng)，在不受外界影響的條件下，其宏一個(gè)氣體系統(tǒng)，在不受外界影響的條件下，其宏觀性質(zhì)不隨著時(shí)間改變的狀態(tài)稱為平衡態(tài)。觀性質(zhì)不隨著時(shí)間改變的狀態(tài)稱為平衡態(tài)。1 1、平衡態(tài)、平衡態(tài)2 2、狀態(tài)參量、狀態(tài)參量:V氣體所占的體積氣體所占的體積, m, m3 3, 1L=10, 1L=10-3-3m

5、m3 3:P1Pa=1N/m1Pa=1N/m2 2,1atm=1.013,1atm=1.01310105 5PaPa273.15c)t(T:T熱力學(xué)溫度，單位：熱力學(xué)溫度，單位：K K8一、理想氣體的狀態(tài)方程一、理想氣體的狀態(tài)方程在任何情況下絕對(duì)遵守玻意耳馬略特定律、在任何情況下絕對(duì)遵守玻意耳馬略特定律、蓋呂薩克定律和查理定律的氣體。蓋呂薩克定律和查理定律的氣體。3 3、理想氣體、理想氣體CpV 玻意耳馬略特定律玻意耳馬略特定律CTV/蓋呂薩克定律蓋呂薩克定律CTP/查理定律查理定律9一、理想氣體的狀態(tài)方程一、理想氣體的狀態(tài)方程4 4、理想氣體狀態(tài)方程、理想氣體狀態(tài)方程理想氣體的理想氣體的p

6、p，V V，T T在氣體的溫度不太低、壓強(qiáng)在氣體的溫度不太低、壓強(qiáng)不太高時(shí)，滿足不太高時(shí)，滿足RTMPV氣體的質(zhì)量氣體的質(zhì)量摩爾氣體常量摩爾氣體常量（8.31J/mol.K8.31J/mol.K）摩爾質(zhì)量摩爾質(zhì)量10二、理想氣體的微觀模型二、理想氣體的微觀模型分子間及分子和容器壁之間碰撞完全彈性。分子間及分子和容器壁之間碰撞完全彈性。1 1、單個(gè)分子的力學(xué)性質(zhì)假設(shè)、單個(gè)分子的力學(xué)性質(zhì)假設(shè)分子當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)，不占體積；分子當(dāng)作質(zhì)點(diǎn)，不占體積；分子之間除碰撞的瞬間外，無相互作用力。分子之間除碰撞的瞬間外，無相互作用力。11二、理想氣體的微觀模型二、理想氣體的微觀模型2 2、對(duì)分子集體的統(tǒng)計(jì)假設(shè)、對(duì)分子集

7、體的統(tǒng)計(jì)假設(shè)同種氣體同種氣體 的分子的大小和質(zhì)量完全相同。的分子的大小和質(zhì)量完全相同。分子所受的重力忽略不計(jì)分子所受的重力忽略不計(jì)。氣體處于平衡態(tài)時(shí)，分子的空間分布均勻（即氣體處于平衡態(tài)時(shí)，分子的空間分布均勻（即各部分的密度均勻），分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的各部分的密度均勻），分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的概率相等。概率相等。VxVyVzV32222VVVVzyx12三、理想氣體的壓強(qiáng)公式三、理想氣體的壓強(qiáng)公式1 1、壓強(qiáng)的宏觀、壓強(qiáng)的宏觀意義意義2 2、氣體壓強(qiáng)的、氣體壓強(qiáng)的微觀意義微觀意義13三、理想氣體的壓強(qiáng)公式三、理想氣體的壓強(qiáng)公式3 3、壓強(qiáng)大小的定性分析、壓強(qiáng)大小的定性分析P P與分子數(shù)密度、分子

8、與分子數(shù)密度、分子質(zhì)量、速度或溫度有質(zhì)量、速度或溫度有關(guān)。關(guān)。1V2V3V14三、理想氣體的壓強(qiáng)公式三、理想氣體的壓強(qiáng)公式4 4、壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)、壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)A1A20 xyzLLLV1xV1yV1zV1V1x-V1x-V1xV1x單個(gè)分子單個(gè)分子LmmLPxxx2111)2(2xLT1/2Lx2/1xmP12碰撞一次碰撞一次碰撞頻率碰撞頻率單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量變化單位時(shí)間內(nèi)動(dòng)量變化15三、理想氣體的壓強(qiáng)公式三、理想氣體的壓強(qiáng)公式4 4、壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)、壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)單個(gè)分子在單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化為單個(gè)分子在單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化為L(zhǎng)mmLPxxx2111)2(2N N個(gè)分子在單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化個(gè)

9、分子在單位時(shí)間內(nèi)的動(dòng)量變化)(212221nxxLmP16三、理想氣體的壓強(qiáng)公式三、理想氣體的壓強(qiáng)公式4 4、壓強(qiáng)公式的推導(dǎo)、壓強(qiáng)公式的推導(dǎo))(2122213nxxLmP)(212221NmnPnxx令令3/ LNn 單位體積分子數(shù)單位體積分子數(shù)A1A1面受到的壓強(qiáng)面受到的壓強(qiáng)容器中所有分容器中所有分子子 的平均值的平均值2xnmnmnP32)21(323122222zyx2xmn17三、理想氣體的壓強(qiáng)公式三、理想氣體的壓強(qiáng)公式5 5、壓強(qiáng)公式分析、壓強(qiáng)公式分析nP32221m分子平均平動(dòng)動(dòng)能分子平均平動(dòng)動(dòng)能單位體積分子數(shù)單位體積分子數(shù)3/ LNn 氣體的宏觀量與微觀量建立了聯(lián)系。氣體的宏觀量

10、與微觀量建立了聯(lián)系。18四、四、理想氣體的能量公式理想氣體的能量公式nVMRT23VVNMRT23NMRT23ANRT23MNRT23np32RTMPVkT23ANRK J/K 101.38-23ANMN)/(12310022. 6molNA19五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能能kTmmmmzyx216121212122221 1、自由度：決定一個(gè)物體在空間位置所需要的、自由度：決定一個(gè)物體在空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目，稱為物體的自由度。獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目，稱為物體的自由度。分子在每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度上的平均平動(dòng)動(dòng)能都是分子在每個(gè)運(yùn)動(dòng)自由度上的平均平動(dòng)動(dòng)能都是kT21自

11、由度均分原理自由度均分原理20五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能能1 1、自由度：決定一個(gè)物體在空間位置所需要的、自由度：決定一個(gè)物體在空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目，稱為物體的自由度。獨(dú)立坐標(biāo)的數(shù)目，稱為物體的自由度。2 2、單原子氣體分子、單原子氣體分子自由度自由度3 3. .3i總自由度（平動(dòng)自由度）總自由度（平動(dòng)自由度）其模型可用一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來代替。其模型可用一個(gè)質(zhì)點(diǎn)來代替。21五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能能3 3、雙原子氣體分子、雙原子氣體分子 如如H2、O2等為雙原子氣體分子。等為雙原子氣體分子。平動(dòng)自由度平動(dòng)自由度3t轉(zhuǎn)動(dòng)

12、自由度轉(zhuǎn)動(dòng)自由度2r5i總自由度總自由度其模型可用兩個(gè)剛性質(zhì)點(diǎn)模型來代替。其模型可用兩個(gè)剛性質(zhì)點(diǎn)模型來代替。每個(gè)原子三個(gè)自由度，但有一個(gè)約束條件每個(gè)原子三個(gè)自由度，但有一個(gè)約束條件222BABABAzzyyxxAB22五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能能4 4、多原子氣體分子、多原子氣體分子如如COCO2 2、H H2 2O O等為三原子氣體分子。等為三原子氣體分子。B BC CA A6i總自由度總自由度222BABABAzzyyxxAB222CBCBCBzzyyxxBC222ACACACzzyyxxCA其模型可用三個(gè)剛性質(zhì)點(diǎn)來代替。其模型可用三個(gè)剛性質(zhì)點(diǎn)來代替。每

13、個(gè)原子三個(gè)自由度，但有三個(gè)約束條件每個(gè)原子三個(gè)自由度，但有三個(gè)約束條件平動(dòng)自由度平動(dòng)自由度3t轉(zhuǎn)動(dòng)自由度轉(zhuǎn)動(dòng)自由度3r23五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能能5 5、理想氣體的內(nèi)能、理想氣體的內(nèi)能分子間相互作用分子間相互作用可以忽略不計(jì)可以忽略不計(jì)分子間相互作分子間相互作用的勢(shì)能用的勢(shì)能=0=0理想氣體的內(nèi)能理想氣體的內(nèi)能= =所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能之總和所有分子的熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能之總和RTiE20單原子單原子雙原子雙原子多原子多原子RTEmol23RTEmol25RTEmol2624五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)五、能量均分定理和理想氣體的內(nèi)能能RTiE20一定質(zhì)量理想氣

14、體的內(nèi)能為一定質(zhì)量理想氣體的內(nèi)能為RTiME2RTi225例例1 1例：例：討論：設(shè)氫和氦的溫度相同，摩爾數(shù)相同，那討論：設(shè)氫和氦的溫度相同，摩爾數(shù)相同，那么這兩種氣體么這兩種氣體(1) (1) 分子的平均平動(dòng)動(dòng)能是否相等分子的平均平動(dòng)動(dòng)能是否相等？ (2) (2) 分子的平均總動(dòng)能是否相等？分子的平均總動(dòng)能是否相等？(3) (3) 內(nèi)能是否相等？?jī)?nèi)能是否相等？ kT23kTi2RTi226六、理想氣體定律的推導(dǎo)六、理想氣體定律的推導(dǎo)1 1、阿伏伽德羅定律、阿伏伽德羅定律kT23nP32nkTP 阿伏伽德羅定律：在相同的溫度和壓強(qiáng)下，各種阿伏伽德羅定律：在相同的溫度和壓強(qiáng)下，各種氣體在相同的體

15、積內(nèi)所含的分子數(shù)相等。氣體在相同的體積內(nèi)所含的分子數(shù)相等。27六、理想氣體定律的推導(dǎo)六、理想氣體定律的推導(dǎo)2 2、道爾頓分壓定律道爾頓分壓定律混合氣體混合氣體質(zhì)量：質(zhì)量：nmmm,21分子數(shù)密度：分子數(shù)密度：321,nnn321,PPP各種氣體單獨(dú)存在的壓強(qiáng)各種氣體單獨(dú)存在的壓強(qiáng)混合氣體的壓強(qiáng)：混合氣體的壓強(qiáng)：P21PPP28例例2 2解：解：例：例：一真空管，在一真空管，在0 0 C C時(shí)其真空度為時(shí)其真空度為1.331.331010-3-3Pa,Pa,求真空管內(nèi)單位體積中的分子數(shù)和總平均平動(dòng)動(dòng)能求真空管內(nèi)單位體積中的分子數(shù)和總平均平動(dòng)動(dòng)能根據(jù)根據(jù)nkTp 2731038. 11033. 1

16、233kTPn3171053. 3mnP32根據(jù)根據(jù)31033. 12323Pn33/10995. 1mJ2975液體的表面現(xiàn)象液體的表面現(xiàn)象一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能二、曲面下的附加壓強(qiáng)二、曲面下的附加壓強(qiáng)三、毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞三、毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞四、表面活性物質(zhì)與表面吸附四、表面活性物質(zhì)與表面吸附30一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能31一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能玻璃板玻璃板水銀滴水銀滴32一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能1 1、概念概念液體表面存在的一種具有收縮趨勢(shì)的力。液體表面存在的一種具有收縮趨勢(shì)的力。33一、表面張力和表面能一、表面張力和

17、表面能2 2、表面張力的大小表面張力的大小LFmNLF12F21F12L3 3、表面張力的方向表面張力的方向液面是平面時(shí)：液面是平面時(shí)：F F在平面內(nèi)，在平面內(nèi)，F(xiàn) FL L液面是曲面時(shí)：液面是曲面時(shí)：F F在切面上，在切面上，F(xiàn) FL L34一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能4 4、表面能表面能LFdF張張F(tuán) xABCDBCxdxdSA222/mJxFAxd 2SE / SAEA 表面張力系數(shù)的意義表面張力系數(shù)的意義: :增加單增加單位液面所作的功，或增加單位位液面所作的功，或增加單位液面時(shí)液面時(shí)表面能表面能( (勢(shì)能勢(shì)能) )的的增量增量。35例例2 2解：解：在液滴脫落前的瞬間，張

18、力等于重力在液滴脫落前的瞬間，張力等于重力例：例：如圖所示，已知從滴管緩慢滴下如圖所示，已知從滴管緩慢滴下5050滴液體，其滴液體，其總質(zhì)量為總質(zhì)量為1.651.65g g，滴管內(nèi)徑為滴管內(nèi)徑為1.351.35mmmm，試求液體的試求液體的表面張力系數(shù)。表面張力系數(shù)。mgddmg/mN/104 .761035. 114. 38 . 9501065. 133336一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能5 5、表面張力系數(shù)表面張力系數(shù)LF /丙酮丙酮0.0237甲醇甲醇0.0226苯苯0.0228甘油甘油0.063400.0756200.0728300.0712100 0.058920200 0

19、C C不同液體不同液體不同溫度下水的不同溫度下水的影響影響表面張力系數(shù)的除了液體的性質(zhì)和溫度表面張力系數(shù)的除了液體的性質(zhì)和溫度，還有雜質(zhì)。，還有雜質(zhì)。37一、表面張力和表面能一、表面張力和表面能表面活性物質(zhì)：使表面張力系數(shù)減小表面活性物質(zhì)：使表面張力系數(shù)減小表面非活性物質(zhì)：使表面張力系數(shù)增大表面非活性物質(zhì)：使表面張力系數(shù)增大溶劑：水溶劑：水溶質(zhì)：溶質(zhì)：無機(jī)鹽、氫氧化鉀、硫酸、蔗糖等無機(jī)鹽、氫氧化鉀、硫酸、蔗糖等有機(jī)酸、醇、酯、醚和酮有機(jī)酸、醇、酯、醚和酮脂肪酸及其鹽和烷基苯磺酸等脂肪酸及其鹽和烷基苯磺酸等38二、曲面下的附加壓強(qiáng)二、曲面下的附加壓強(qiáng)RRRSFP2)sin(sin2221sin2

20、 RrLF2sinRr 21sin2 RF 方向：指向彎曲液面球心。方向：指向彎曲液面球心。1、附加壓強(qiáng)計(jì)算、附加壓強(qiáng)計(jì)算39二、曲面下的附加壓強(qiáng)二、曲面下的附加壓強(qiáng)2、球形液膜內(nèi)外的壓強(qiáng)差、球形液膜內(nèi)外的壓強(qiáng)差RRP外外P附附RP4AB肥皂泡肥皂泡P內(nèi)內(nèi)P外外P附附R R大大R R小小P P附小附小P P附大附大P P內(nèi)內(nèi)小小P P內(nèi)內(nèi)大大40二、曲面下的附加壓強(qiáng)二、曲面下的附加壓強(qiáng)3、表面活性物質(zhì)在肺泡、表面活性物質(zhì)在肺泡中的作用中的作用Rpppis20RCV; sp吸氣吸氣:呼氣呼氣:VRCsp 自動(dòng)調(diào)整，保證了呼吸過程的正常進(jìn)行。自動(dòng)調(diào)整，保證了呼吸過程的正常進(jìn)行。41例例3 3解：解：例：例：在半膨脹的肺中，肺泡的平均半徑為在半膨脹的肺中，肺泡的平均半徑為6060 m m，假設(shè)表面活性物質(zhì)使假設(shè)表面活性物質(zhì)使肺肺泡的表面張力系數(shù)變?yōu)榕莸谋砻鎻埩ο禂?shù)變?yōu)?0501010-3-3 Nm Nm-1-1，求，求肺泡肺泡中的附加壓強(qiáng)？中的附加壓強(qiáng)？RP2Pa363107 . 110601050242三、毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞三、毛細(xì)現(xiàn)象和氣體栓塞1 1、潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕現(xiàn)象、潤(rùn)濕和不潤(rùn)濕現(xiàn)象附著力附著力 內(nèi)聚力內(nèi)聚力接觸角接觸角