高二物理競賽氣體動動理論課件

第4章氣體動理論任課教師：張艷自然界的任何物體都是由大量的分子或原子構(gòu)成的，分子或原子總在不停的做無規(guī)則運(yùn)動。物體的溫度越高，這種運(yùn)動越劇烈，所以我們把這種運(yùn)動稱為分子的熱運(yùn)動。sr0r合力斥力引力dfO10-9m分子力范德瓦耳斯力氣體之間的距離引力可認(rèn)為是零可看做理想氣體§4.1理想氣體的壓強(qiáng)理想氣體狀態(tài)方程：其中，p是氣體壓強(qiáng)，V是氣體的體積，M為氣體的質(zhì)量，μ為1mol氣體的質(zhì)量，R是普適氣體恒量，T是氣體的絕對溫度。理想氣體的壓強(qiáng)公式推導(dǎo)

壓強(qiáng)：大量分子碰單位面積器壁的平均作用力

設(shè)N

個同種分子每個分子質(zhì)量m

分子數(shù)密度n=N/V速度為

的分子數(shù)密度ni=Ni/V

N=Ni

n=ni器壁取器壁上小面元dA>>分子截面面積第1步：一個分子碰壁對dA的沖量設(shè)該分子速度為沖量是第2步：dt時間內(nèi)所有分子對dA的沖量第3步：dt時間內(nèi)所有分子對dA的沖量第4步：由壓強(qiáng)的定義得出結(jié)果或分子的平均平動動能壓強(qiáng)公式指出:有兩個途徑可以增加壓強(qiáng)1)增加分子數(shù)密度n

即增加碰壁的個數(shù)2)增加分子運(yùn)動的平均平動能即增加每次碰壁的強(qiáng)度還可表示成理想氣體溫度的微觀意義理想氣體的狀態(tài)方程：設(shè)每個分子的質(zhì)量為m，氣體分子的總個數(shù)為N，1mol氣體分子的個數(shù)為N0，代入上式：式中為玻爾茲曼常數(shù)。理想氣體的溫度和分子平均平動動能的關(guān)系平均平動動能只與溫度有關(guān)溫度標(biāo)志物體內(nèi)部分子無規(guī)運(yùn)動的劇烈程度溫度是統(tǒng)計概念，只能用于大量分子方均根速率例：00C時H2分子O2分子13例1一容器儲有氧氣，，壓強(qiáng)為1.01*105帕，溫度為270C，

求：（1）氣體分子的數(shù)密度（2）氧氣的密度（3）分子的平均平動

動能（4）氣體分子間平均距離解一容積為V=1.0m3的容器內(nèi)裝有N1=1.0×1024

個氧分子N2=3.0×1024

個氮分子的混合氣體，混合氣體的壓強(qiáng)

p=2.58×104Pa。(1)由壓強(qiáng)公式,有例求(1)分子的平均平動動能；(2)混合氣體的溫度解(2)由理想氣體的狀態(tài)方程得§4.2能量均分定理一、自由度確定一個物體的空間位置所需要的獨(dú)立坐標(biāo)數(shù)目。單原子分子雙原子分子多原子分子(x,y,z)xyzi=3i=5i=6二、能量均分定理能量均分定理：在溫度為T的平衡態(tài)下，氣體分子每個自由度上的平均動能都相等，且等于kT/2。如果一個氣體分子的自由度數(shù)為i，其平均總動能為：單原子分子：平均總動能=平均平動動能i=3剛性雙原子分子：i=5平均總動能=平均平動動能+平均轉(zhuǎn)動動能i=6多原子分子：平均總動能=平均平動動能+平均轉(zhuǎn)動動能三、理想氣體的熱力學(xué)能設(shè)某種氣體的分子自由度為i

，一個分子的平均動能為，1mol氣體含有個分子，故1mol理想氣體的熱力學(xué)能為：質(zhì)量為M、摩爾質(zhì)量為μ

的理想氣體的熱力學(xué)能是：由上式可知：一定量的某種理想氣體的熱力學(xué)能完全取決于氣體的熱力學(xué)溫度T，與氣體的壓強(qiáng)和體積都無關(guān)?！?.3麥克斯韋速率分布律

單個分子速率不可預(yù)知，大量分子的速率分布遵循統(tǒng)計規(guī)律，因而是確定的——麥克斯韋速率分布律。該速率區(qū)間內(nèi)分子數(shù)占總分子數(shù)的比例：設(shè)總分子數(shù)N，速率區(qū)間v~v+dv，該速率區(qū)間內(nèi)分子數(shù)dN速率v附近單位速率區(qū)間內(nèi)分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比麥克斯韋速率分布函數(shù)f(v)f(vp)vvpvv+dv面積f(v)f(vp3