上海中医药大学：《物理学》课程教学资源（PPT课件）第四章 分子物理学基础

第四章分子物理学基础 分子物理学基础 显微镜物镜 盖玻璃 载物玻璃 悬浊液

第四章 分子物理学基础

教学基本要求 第四章分子物理学基础 能从宏观和统计意义上理解压强、温度等 概念 了解了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现，了解 统计方法 二 掌握分子平均能量按自由度均分原理，会计 算理想气体的内能。 三理解麦克斯韦速度分布律、速率分布函数曲 线的物理意义，理解“三种速率”的意义和求法，了 解玻尔兹曼能量分布律。 四 了解物质中三种迁移现象的概念、宏观规律等。 五 了解液体的表面现象

一 能从宏观和统计意义上理解压强、温度等 概念 。 了解了解系统的宏观性质是微观运动的统计表现 ，了解 统计方法。 二 掌握分子平均能量按自由度均分原理，会计 算理想气体的内能。 教学基本要求 三 理解麦克斯韦速度分布律、速率分布函数曲 线的物理意义，理解“三种速率”的意义和求法，了 解玻尔兹曼能量分布律。 四 了解物质中三种迁移现象的概念、宏观规律等。 五 了解液体的表面现象。 第四章 分子物理学基础

第一节 理想气体的压强和温度 一、热力学系统 1 系统与环境 2气体的物态参量（宏观量） 气体压强P 体积V 温度T 3平衡态 一定量的气体，在不 受外界的影响下，经过一定 的时间，系统达到一个稳定 的，宏观性质不随时间变化 的状态称为平衡态.（理想 真空膨胀 K.T 状态)

2 气体的物态参量（宏观量） 一、热力学系统 1 系统与环境 第一节 理想气体的压强和温度 3 平 衡 态 一定量的气体，在不 受外界的影响下, 经过一定 的时间, 系统达到一个稳定 的, 宏观性质不随时间变化 的状态称为平衡态 .（理想 状态） p ,V ,T p ,V ,T ' ' 真 空 膨 胀 气体压强 p 体积 V 温度 T

第一节理想气体的压强和温度 平衡态的特点 *(p,V,T) (p,V,T) 1)单一性(p,T处处相等)； 2)物态的稳定性一与时间无关 3)自发过程的终点； 4)热动平衡（有别于力平衡）

平衡态的特点 ( p,V ,T ) p V *( p,V ,T ) o 1）单一性（ 处处相等）; 2）物态的稳定性—— 与时间无关； 3）自发过程的终点； 4）热动平衡（有别于力平衡）. p,T 第一节 理想气体的压强和温度

第一节 理想气体的压强和温度 理想气体物态方程 理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体. 物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数 关系. 对一定质量 pivi p2V2 的同种气体 T T2 理想气体 n RT 物态方程 M 摩尔气体常量 R=8.31Jmo11.K1

物态方程：理想气体平衡态宏观参量间的函数 关系 . 1 1 8.31J mol K   摩尔气体常量 R    2 2 2 1 1 1 T p V T p V  对一定质量 的同种气体 RT M m pV  理想气体 物态方程 理想气体宏观定义：遵守三个实验定律的气体 . 理想气体物态方程 第一节 理想气体的压强和温度

第一节 理想气体的压强和温度 二、理想气体的微观模型 1分子可视为质点；线度 d~1010m阋距 r~109m,d<<r; 2除碰撞瞬间，分子间无相互作用力； 3弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞)； 4分子的运动遵从经典力学的规律

第一节 理想气体的压强和温度 二、理想气体的微观模型 1 分子可视为质点； 线度 间距 ； ~ 10 m, 10 d r d r  ~10 m, 9 2 除碰撞瞬间, 分子间无相互作用力； 4 分子的运动遵从经典力学的规律 3 弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；

第一节理想气体的压强和温度 热动平衡的统计假设： 1)分子按位置的分布是均匀的 dN N n 2)分子各方向运动概率均等 分子运动速度 ⑦，=0xi+0j+0EE x方向速度平方的平均值)？ = ∑Vx i 各方向运动概率均等 02

2）分子各方向运动概率均等 i j k i ix iy iz     分子运动速度 v  v  v  v 热动平衡的统计假设： V N V N n   d d 1）分子按位置的分布是均匀的 第一节 理想气体的压强和温度 2 2 2 2 3 1 v  v  v  v 各方向运动概率均等 x y z   i x ix N 2 1 2 x 方向速度平方的平均值 v v v  vy  vx  vz  o

第一节 理想气体的压强和温度 三、理想气体的压强公式 设边长为l的立方体中有N个全同的质量为m 的气体分子，推导壁面所受压强A1· >单个分子对器壁的冲量：I=2m心x >单个分子在dt时间内对器壁的冲量： mo'dt (1 >N个分子对器壁的平均冲力： m N F- i=1 F -110 >气体压强 10 2 p nek - 3

三、理想气体的压强公式 第一节 理想气体的压强和温度 x mv  mvx -  A2 v  o y z l y z l A1 i m ix Ø单个分子对器壁的冲量： I  2 v m dt l ix 2 Ø单个分子在dt 时间内对器壁的冲量： v 设 边长为 的立方体中有 N 个全同的质量为 m 的气体分子，推导壁面所受压强 . A1 l ØN 个分子对器壁的平均冲力：   N i ix l m F 1 2  Ø气体压强 2 2 m x n l F p   v k 3 2 p  ne

第一节 理想气体的压强和温度 压强的物理意义 2 统计关系式 3 宏观可测量量 微观量的统计平均值 分子平均平动动能 mo2 压强的微观实质。 压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果。 压强公式不能直接用实验验证

k 3 2 p  n e 统计关系式 压强的物理意义 宏观可测量量 微观量的统计平均值 压强的微观实质。 压强是大量分子对时间、对面积的统计平均结果 。 压强公式不能直接用实验验证。 分子平均平动动能 2 k 2 1 e  mv 第一节 理想气体的压强和温度

第一节理想气体的压强和温度 四、理想气体的温度 阿伏伽德罗定律 p=nkT R 玻尔兹曼常数 k= =1.38×1023J.K1 NA 分子平均平动动能 m2 2 2 微观量的统计平均值 宏观可测量量 温度T的物理意义： 1)温度是分子平均平动动能的量度； 2)温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义。 3)同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等

玻尔兹曼常数 23 1 A 1.38 10 J K       N R k 微观量的统计平均值 宏观可测量量 分子平均平动动能 e m kT 2 3 2 1 2 k  v  第一节 理想气体的压强和温度 四、理想气体的温度 阿伏伽德罗定律 p  nkT 温度 T 的物理意义： 1） 温度是分子平均平动动能的量度； 2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义。 3）同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等