2021-2022學(xué)年高二物理競(jìng)賽課件：氣體、固體和液體的基本性質(zhì)

1、1 氣體、固體和液體的基本性質(zhì)2最基本的實(shí)驗(yàn)規(guī)律+邏輯推理 -稱為熱力學(xué) 優(yōu)點(diǎn)：可靠、普遍. 可驗(yàn)證微觀理論 缺點(diǎn)：未揭示微觀本質(zhì).熱 學(xué)宏觀法與微觀法相輔相成. 熱學(xué)是研究熱現(xiàn)象的規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué). 熱現(xiàn)象的研究方法 物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu) + 統(tǒng)計(jì)方法 -稱為統(tǒng)計(jì)物理學(xué) 其初級(jí)理論稱為氣體分子運(yùn)動(dòng)論(氣體動(dòng)理論) 優(yōu)點(diǎn)：揭示了微觀本質(zhì)。 缺點(diǎn)：可靠性、普遍性差.一切與物體的冷熱狀態(tài)相關(guān)的自然現(xiàn)象稱為物熱現(xiàn)象 熱現(xiàn)象是宏觀物體內(nèi)大量分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的集體表現(xiàn)大量分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)稱為熱運(yùn)動(dòng).2.微觀法（第9章）1.宏觀法 （第18章） 3第九章 氣體、固體和液體的基本性質(zhì)9-1 氣體動(dòng)理論和理想氣體模

2、型9-2 理想氣體的壓強(qiáng)和溫度9-3 理想氣體的內(nèi)能9-4 麥克斯韋速率分布律9-5 范德瓦耳斯方程9-6 氣體內(nèi)的輸運(yùn)過(guò)程9-7 固體的性質(zhì)及晶體結(jié)構(gòu)9-8 晶體中離子的相互作用9-9 非晶態(tài)固體的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用9-10 液體和液晶的微觀結(jié)構(gòu)9-11 液體的表面性質(zhì)49-1 氣體動(dòng)理論和理想氣體模型一、氣體的分子狀況二、理想氣體的模型 三、理想氣體狀態(tài)的描述5 2. 分子運(yùn)動(dòng)論點(diǎn) 分子都在作無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)熱運(yùn)動(dòng)。其劇烈程度與溫度有關(guān)。右圖畫(huà)出了五個(gè)藤黃粉粒每隔 20 s 記錄下來(lái)的位置變化。 1. 分子論點(diǎn) 宏觀物體是由大量的微觀粒子分子（或原子、離子等）組成的，分子間有間隙，同種分子的大小、形狀和

3、作用都一樣一、氣體的分子狀況 氣體動(dòng)理論是統(tǒng)計(jì)物理學(xué)的一個(gè)方面，從氣體微觀結(jié)構(gòu)出發(fā)來(lái)研究熱現(xiàn)象的規(guī)律，根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，氣體動(dòng)理論總結(jié)出以下4個(gè)基本論點(diǎn)6 3. 統(tǒng)計(jì)論點(diǎn) 物體的宏觀狀態(tài)與性質(zhì)取決于物體內(nèi)大量分子熱運(yùn)動(dòng)和分子間相互作用的綜合效果，即集體表現(xiàn)。描述物體的宏觀量是描述分子的相應(yīng)微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值4.分子力論點(diǎn) 分子之間存在相互作用力- 分子力 分子間距很大時(shí)，幾乎無(wú)相互作用分子間距較近時(shí)，相互吸引分子間距很近時(shí)，相互排斥 例如 容器器壁受到的壓強(qiáng)（宏觀量）是大量分子撞擊器壁而帶給器壁的單位面積內(nèi)的沖力的統(tǒng)計(jì)平均值7r0OF 斥力r引力 由于 ， 所以分子力是短程力，在氣壓較低的情

4、況下可以忽略不計(jì)。(s t) 式中r是兩個(gè)分子中心的距離，、s 和 t 都為正數(shù)，可由實(shí)驗(yàn)確定。分子力很復(fù)雜，常用的簡(jiǎn)化模型是假設(shè)分子具有球?qū)ΨQ性，近似的半經(jīng)驗(yàn)公式表示為s 和 t 都比較大，斥力和引力都隨r增大而急劇減小斥力 引力斥力引力非極性分子 s =13 , t =78二、理想氣體的模型 ( perfect gas ) 2. 除了短暫的碰撞過(guò)程外，分子間的相互作用可忽略，兩次碰撞之間，分子依慣性作直線運(yùn)動(dòng) 1. 氣體分子本身的大小比起他們之間的平均距離可忽略不計(jì)，它們是遵從牛頓定律的質(zhì)點(diǎn) 3. 氣體分子之間以及氣體分子與容器器壁分子之間的碰撞都是完全彈性碰撞，因而碰撞前、后不但動(dòng)量守恒

5、，而且動(dòng)能也保持不變，動(dòng)能重力勢(shì)能，所以重力忽略不計(jì)。理想氣體模型的3個(gè)基本假設(shè)9 三、理想氣體狀態(tài)的描述 1. 氣體系統(tǒng)的平衡態(tài)：一個(gè)任意的氣體系統(tǒng)，如果外界對(duì)它沒(méi)有作用和影響，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后，系統(tǒng)必將達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定的、其宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)，這種狀態(tài)稱為平衡態(tài)。 2. 態(tài)參量 ：對(duì)于一個(gè)物質(zhì)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以用一組宏觀物理量來(lái)描述它所處的平衡態(tài)。這組描述系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量，稱為態(tài)參量。常用以下三個(gè)態(tài)參量來(lái)描述系統(tǒng)的平衡態(tài)： 體積V 壓強(qiáng) p 溫度T 平衡態(tài) 在微觀上是通過(guò)分子熱運(yùn)動(dòng)和相互碰撞過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)和維持，是一種動(dòng)態(tài)平衡 1平衡態(tài) 2參量 3方程 10溫標(biāo)：對(duì)溫度的分度方法所作的規(guī)定溫

6、度T： 分子熱運(yùn)動(dòng)的強(qiáng)弱程度（微觀） 物體的冷熱程度 （宏觀） 建立一種溫標(biāo)需要三個(gè)要素： 測(cè)溫物質(zhì)，溫度屬性，固定標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)目前使用的溫標(biāo)：華氏溫標(biāo) 攝氏溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo) 德國(guó) 華倫海特（G.D.Fahrenheit）1714年建立，記作 0F固定點(diǎn)：32 oF 冰水混合物的溫度 212 oF 一個(gè)大氣壓下水的沸點(diǎn)水銀 熱膨脹 金屬 電阻或熱電偶 He/Ne等 壓強(qiáng)（定體）或體積（定壓） 11國(guó)際上規(guī)定熱力學(xué)溫標(biāo)為基本溫標(biāo)，記作T (K ) 開(kāi)爾文它與攝氏溫標(biāo)之間有下面的關(guān)系: TK = TC + 273.15 . 攝氏溫標(biāo) 熱力學(xué)溫標(biāo) （絕對(duì)溫標(biāo)） 瑞典 攝爾休斯（A.Celsius）1742

7、年建立，記作 0C固定點(diǎn)：0 oC 水的冰點(diǎn)；100 oC 水的沸點(diǎn)Rigied gas-filled spherePressure gaugeSystem T is to be measured T (oC) 1000gas1gas2gas3 P -273.15 T (K )0273.15 373.15 12 3. 理想氣體物態(tài)方程 在平衡狀態(tài)下，系統(tǒng)的V、p和T之間存在的關(guān)系，稱為系統(tǒng)的物態(tài)方程。式中M、 和 分別是系統(tǒng)中氣體的質(zhì)量、摩爾質(zhì)量和物質(zhì)的量，R是普適氣體常量， R= 8.314510 Jmol1K1 。 實(shí)驗(yàn)表明, 在高溫、低壓條件下,各種真實(shí)氣體的行為都很接近理想氣體物態(tài)方程的規(guī)律。理想氣體的物態(tài)方程可以表示為理想氣體方程大致反映了真實(shí)氣體的共同特征 13例1：下圖是化學(xué)測(cè)定易揮發(fā)液體分子量的裝置。 將玻璃容器中的四氯化碳放在熱水中加熱，四氯化碳揮發(fā)時(shí)將容器內(nèi)的空氣趕出。當(dāng)四氯化碳全部汽化時(shí)，立即將細(xì)頸封住，這時(shí)容器內(nèi)四氯化碳蒸汽的壓強(qiáng)等于大氣壓。如果稱得容器內(nèi)蒸汽的質(zhì)量為1.6010-3 kg，容器的容積為3