大学物理电子教案(第二篇 热学)

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1、大学物理热学THERMOTICS1力学：研究物体机械运动。研究方法：牛顿力学的确定论。热学：研究物体热运动。分子动理论：研究热现象的微观理论，从物质的微观结构出发，运用统计平均的方法揭示热现象的微观本质。热力学：研究热现象的宏观理论，以观察和实验事实为依据，分析研究物态变化中有关热功转换的关系和条件。研究方法：第二篇热学2一、气体分子运动理论的基本观点6气体动理论6.1分子热运动与统计规律性*分子观点：宏观物体是由大量不连续微粒—分子（或原子）组成的。标准状态1mol气体有6.021023个分子。*分子运动观点：气体分子处于永不停息的无规则运动中,空气分子在常温下=500m/s.

2、分子不停地碰撞，标准状态下约5109次/s。*统计观点:大量分子运动的综合作用决定体系的宏观性质反映了气体分子热运动的特征：小、多、快、乱。反映了分子热运动和体系宏观性质的联系。3二、统计规律性：大量小球在空间的分布服从统计规律。伽尔顿板实验.......................................................................................................................................某一小球落入其中那格是一个偶然事件。人们把这种支配大量粒子综合性质和集体行

3、为的规律性称为统计规律性。热运动服从统计规律。研究对象数量的增加必然引起物理规律的变化。这就是哲学上的从量变到质变.46.2平衡态理想气体状态方程6.2.1热力学系统一、热力学系统（简称系统）由大量微观粒子所组成的宏观客体。开放系统：系统与外界既有能量传递，又有质量传递。孤立系统：系统与外界既没能量传递，又没质量传递。封闭系统：系统与外界只有能量传递，没有质量传递。二、系统的外界（简称外界）能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体。56.2.2系统状态的描述一、宏观量（状态参量）压强（P）、体积（V）、温度（T）（可直接测量）二、微观量分子的位置、速度、…（不可直接测量）宏

4、观量微观量统计方法一、平衡态：孤立的热学系统经过很长时间后宏观量（压强、温度、分子数密度）达到不随时间改变的稳定状态（热动平衡状态）。平衡态在PV图上用一点来表示。6.2.3平衡态和平衡过程66.2.4理想气体的状态方程一、气体的状态方程:反映平衡态下P、V、T间的关系。二、平衡过程:系统从一个平衡态变化到另一平衡态,所经历的一系列中间状态都无限接近平衡态的过程。平衡过程在pV图上用一条曲线表示。pv平衡态1平衡过程平衡态27理想气体的状态方程二、理想气体:绝对遵循克拉伯珑方程的气体。理想气体的状态方程的另一种表达式8【例题6－1】容积V=30L的高压钢瓶内装有P=130atm的

5、氧气，做实验每天需用P1=1atm和V1=400L的氧气，规定氧气压强不能降到P2=10atm以下，以免开启阀门时混进空气。试计算这瓶氧气使用几天后就需要重新充气。解：设瓶内原装氧气的质量为m,重新充气时瓶内剩余氧气的质量为m2,每天用氧的质量为m1,则按理想气体的状态方程有：9解：【例题6－2】10(约为分子直径的10倍）【例题6－3】解：11*气体分子热运动的特征：小、多、快、乱。宏观量微观量统计方法*个别分子运动（微观量）——无序大量分子运动（宏观量）——有序（统计规律）126.3压强和温度的微观解释6.3.1理想气体压强公式一、基本假设*理想气体分子微观模型假设：分子当作

6、质点，不占体积；除碰撞外不计分子之间，分子和器壁之间的相互作用；除需特别考虑外不计分子的重力；弹性碰撞(能量守恒、动量守恒)；分子运动服从牛顿力学。理想气体分子像一个个极小的彼此间无相互作用的遵守牛顿力学规律的弹性质点13*统计假设:若忽略重力影响，达到平衡态时分子按位置的分布是均匀的,即分子数密度到处一样.平衡态时，分子速度沿各方向分量的各种平均值相等。14二、压强公式的推导容器中有N个质量均为μ的分子123lllxyzo给予器壁的冲量：i分子与器壁A碰撞一次获得的动量增量：iA1秒钟内i分子与器壁A的碰撞次数:151秒钟给予器壁的冲量=i分子给器壁的平均冲力则i分子给器壁的平

7、均冲力:N个分子的平均冲力：N个分子给予器壁的压强:123lllxyzoA16压强公式分子热运动平均平动动能由统计假设：又：17对个别分子运用力学定律,对大量分子整体运用统计规律。*推导压强公式的思想方法:*压强公式的意义：*相互间不起反应的混合气体三、讨论：*推导压强公式的依据：（1）体系处于平衡态（2）理想气体的微观模型（3）两个统计假设18四、温度的微观解释理想气体的状态方程压强公式古代:“冰炭不同器”当代科学实验室里所能产生的温度:现代科学对温度的认知范围:温度的统计意义