大學物理18熱學

1、 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五第十一章第十一章 光學光學* *重點與知識點重點與知識點* * 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五一一、光的干涉光的干涉（一）、（一）、光程與光程差光程與光程差 光連續(xù)通過幾種透明光連續(xù)通過幾種透明介介質的光程質的光程: : iiirnl11rn22rn33rn1 1、光程：、光程：nrl 光通過某一光通過某一介介質的光程等于光在相同質的光程等于光在相同時間里在真空中所傳播的幾何路程時間里

2、在真空中所傳播的幾何路程: 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五一一、光的干涉光的干涉（一）、（一）、光程與光程差光程與光程差 2、光程差、光程差 ：真空中的波長真空中的波長1n2n1sP1r2s2r212jjjiiirnrn 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五一一、光的干涉光的干涉（一）、（一）、光程與光程差光程與光程差 3 3、光的光的干涉加強干涉加強與與減弱減弱的條件：的條件：1) ) 干涉加強干涉加強( (明紋明紋)

3、): : , 2 , 1 , 0,2kk ,2,1 ,0,22kk2) ) 干涉減弱干涉減弱( (暗暗紋紋) ): : , 2 , 1 , 0,) 12(kk ,2,1 ,0,2)12(kk 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五一一、光的干涉光的干涉（二）、（二）、楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉121122)()(rrrSSnrSSn光程差光程差:12rr sindtand很小dxddxddddsood1Sx1rr2r2SPx1n空氣： 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院

4、物理系 王 強2022年2月25日星期五一一、光的干涉光的干涉（二）、（二）、楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉p1s2ssxood1r2rd r1) ) 干涉加強干涉加強( (明紋明紋) ): : , 2 , 1 , 0,2kk ,2, 1 ,0,22kk明條紋明條紋的位置的位置: ,2, 1 ,0,22kddkx2dxd k 稱為稱為:條紋的條紋的級數(shù)級數(shù) 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五一一、光的干涉光的干涉（二）、（二）、楊氏雙縫干涉楊氏雙縫干涉p1s2ssxood1r2rd r2dxd2) )干涉減弱干涉減

5、弱( (暗暗紋紋) ): : ,2, 1 ,0,)12(kk ,2, 1 ,0,2)12(kk暗條紋暗條紋的位置的位置: ,2,1,2)12(kddkx 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五（三）、（三）、薄膜干涉薄膜干涉02212202sin2cos2innddnr 反射光反射光的光程差的光程差3213213213210, 0)2,2)1nnnnnnnnnnnn1) )干涉加強干涉加強( (明紋明紋):): ,2, 1 ,0,22kkr2) )干涉減弱干涉減弱( (暗暗紋紋):): , 2 , 1 , 0,2

6、) 12(kkrP1n3n2nLi32d1ADBC45 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五（三）、（三）、薄膜干涉薄膜干涉 當光線垂直入射時當光線垂直入射時:0i 反射光反射光的光程差的光程差3213213213210, 0)2,2)1nnnnnnnnnnnn022dnr一一、光的干涉光的干涉 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二、二、光的衍射光的衍射（一）、（一）、惠更斯惠更斯-菲涅耳原理菲涅耳原理 波陣面波陣面( (波前

7、波前) )上的每一點都可視為發(fā)射上的每一點都可視為發(fā)射次波次波( (子波子波) )的波源，在其后的任一時刻，這些的波源，在其后的任一時刻，這些次波次波( (子波子波) )的的包絡面包絡面就是就是該時刻的波陣面（波前）該時刻的波陣面（波前）。 從同一波前上的各點發(fā)出的各個從同一波前上的各點發(fā)出的各個次波次波( (子波子波) )是是相干波相干波，經(jīng)傳播在媒質中某點相遇時的疊加是，經(jīng)傳播在媒質中某點相遇時的疊加是相相干疊加干疊加。兩類衍射兩類衍射: 菲涅爾衍射菲涅爾衍射 夫瑯禾費衍射夫瑯禾費衍射 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年

8、2月25日星期五二、二、光的衍射光的衍射（二）、（二）、單縫的夫瑯禾費衍射單縫的夫瑯禾費衍射菲涅爾菲涅爾半半波帶法波帶法 , 3,2, 1,22sinkkb , 3, 2, 1,2) 12(sinkkb0sinb1 1、中央明紋中心中央明紋中心LoPQAB1A2AC2/NbBC2sin2（ 個半波帶）個半波帶）N 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二、二、光的衍射光的衍射（三）、光柵（三）、光柵衍射衍射許多許多等寬度等寬度、等距離等距離的狹縫排列起來形成的光學元件的狹縫排列起來形成的光學元件. .光柵常數(shù)光柵

9、常數(shù)bbd不透光部分寬度不透光部分寬度b縫寬縫寬b相鄰兩縫間距為：相鄰兩縫間距為：dbb 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二、二、光的衍射光的衍射（三）、光柵（三）、光柵衍射衍射OP1、主極大條紋主極大條紋bbsin)(sinbbd ,3 ,2,1 ,0sin)(?kkbb光柵方程光柵方程(相鄰雙縫干涉加強條件相鄰雙縫干涉加強條件) 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二、二、光的衍射光的衍射（三）、光柵（三）、光柵衍射衍射

10、2、缺級缺級 ?3 ,2 ,1 ,0,sin)(kkbb ?3 ,2,1,sinkkbkkbbb ,2, 1,kbbbkk缺級缺級: 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五三、三、光的偏振光的偏振（一）、馬呂斯定律（一）、馬呂斯定律 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五三、三、光的偏振光的偏振 入射面：入射面：入射光線和法線入射光線和法線所成的平面所成的平面 .反射光反射光 部分偏振光部分偏振光 垂直于入射面的振動大于垂直于入射面

11、的振動大于平行于入射面的振動平行于入射面的振動 . 折射光折射光 部分偏振光部分偏振光 平行于入射面的振動大于平行于入射面的振動大于垂直于入射面的振動垂直于入射面的振動 .光反射與折射時的偏振光反射與折射時的偏振i1ni2n（二）、布儒斯特定律（二）、布儒斯特定律 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五三、三、光的偏振光的偏振（二）、布儒斯特定律（二）、布儒斯特定律布儒斯特定律布儒斯特定律12tannniB 當反射光和折射光互相垂當反射光和折射光互相垂直時，反射光為完全偏振光，直時，反射光為完全偏振光，折射光為部

12、分偏振光。折射光為部分偏振光。BiBi1n2n 大學物理大學物理 第第十一十一章章 光學光學 *重點與知識點重點與知識點*理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五 熱 學是是研究與熱現(xiàn)象有關的物質運動規(guī)律研究與熱現(xiàn)象有關的物質運動規(guī)律的科學的科學。 表示物體冷熱程度的物理量是溫度，把表示物體冷熱程度的物理量是溫度，把與與溫度有關的物理性質及狀態(tài)的變化溫度有關的物理性質及狀態(tài)的變化稱為稱為熱現(xiàn)象熱現(xiàn)象。 熱現(xiàn)象是物質中大量分子無規(guī)

13、則運動的集熱現(xiàn)象是物質中大量分子無規(guī)則運動的集體表現(xiàn)。體表現(xiàn)。 物體是由大量分子、原子組成的，這些微物體是由大量分子、原子組成的，這些微觀粒子永不休止的、無規(guī)則的運動觀粒子永不休止的、無規(guī)則的運動稱為稱為分子熱分子熱運動運動。 熱熱 學學 Calorifics 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五1、宏觀法、宏觀法 Macroscopic Method 最基本的實驗規(guī)律最基本的實驗規(guī)律 邏輯推理邏輯推理(運用數(shù)學運用數(shù)學) 稱為稱為熱力學熱力學 Thermodynamic

14、s 優(yōu)點：優(yōu)點：具有高度的可靠性和普遍性。具有高度的可靠性和普遍性。 缺點：缺點：知其然而不知其所以然，未揭示其微觀知其然而不知其所以然，未揭示其微觀 本質，一些宏觀現(xiàn)象（如本質，一些宏觀現(xiàn)象（如漲落漲落）不能解釋。）不能解釋。熱學的研究方法熱學的研究方法 熱力學第一定律熱力學第一定律確立了熱和功相互轉化的數(shù)量確立了熱和功相互轉化的數(shù)量 關系，關系，熱力學第二定律熱力學第二定律告訴人們?nèi)绾翁岣邿釞C效率，告訴人們?nèi)绾翁岣邿釞C效率，熱力學的兩個基本定律都是從研究熱和功的相互轉熱力學的兩個基本定律都是從研究熱和功的相互轉化問題總結出來的，然而，熱力學理論的應用遠遠化問題總結出來的，然而，熱力學理論的

15、應用遠遠地超出了這一問題的范圍。地超出了這一問題的范圍。 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五 2、微觀法、微觀法 Microcosmic Method 物質的微觀結構物質的微觀結構 + 統(tǒng)計方法統(tǒng)計方法 稱為稱為統(tǒng)計物理學統(tǒng)計物理學. 其初級理論稱為其初級理論稱為氣體動理論氣體動理論 Kinetic Theory of Gases 優(yōu)點：優(yōu)點：揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質揭示了熱現(xiàn)象的微觀本質. 缺點：缺點：可靠性、局限性問題，其結果不能與實際可靠性、局限性問題，其結果不能與

16、實際完全符合，只是接近于實際。完全符合，只是接近于實際。熱學的研究方法熱學的研究方法 熱工學熱工學、低溫技術低溫技術、熱機熱機、制冷機制冷機、化學化學、化工化工、冶金工業(yè)冶金工業(yè)、合金相變合金相變、熱處理工藝熱處理工藝、設計原設計原子核反應堆子核反應堆、半導體技術半導體技術、生物生物、生命科學生命科學 ( “熵熵”與生命與生命 )、社會科學社會科學 ( “熵熵” 與信息與信息 ) 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五第十二章第十二章氣體動理論氣體動理論Kinetic Th

17、eory of Gases 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五 第十二章第十二章 氣體動理論氣體動理論 Kinetic Theory of Gases12-112-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體物態(tài)方程理想氣體物態(tài)方程12-212-2 物質的微觀模型物質的微觀模型 統(tǒng)計規(guī)律性統(tǒng)計規(guī)律性 12-312-3 理想氣體的壓強公式理想氣體的壓強公式12-412-4 理想氣體分子的平均平動動能與溫度的關系理想氣體分子的平均平動動能與溫度的關系12-5 12-5 能量均分定理能量均分定

18、理 理想氣體內(nèi)能理想氣體內(nèi)能12-6 12-6 麥克斯韋氣體分子速率分布律麥克斯韋氣體分子速率分布律12-7 12-7 玻耳茲曼能量分布律玻耳茲曼能量分布律 等溫氣壓公式等溫氣壓公式12-8 12-8 氣體分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程氣體分子平均碰撞次數(shù)和平均自由程 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五12-112-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體物態(tài)方程理想氣體物態(tài)方程 Equilibrium State and State Equation of Ideal Gas一一、熱

19、力學熱力學系統(tǒng)系統(tǒng) Thermodynamic System熱力學研究的對象，它包含極大量的分子、原子。熱力學研究的對象，它包含極大量的分子、原子。 外界：外界：熱力學系統(tǒng)以外的物體。熱力學系統(tǒng)以外的物體。開放系統(tǒng)開放系統(tǒng) 孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng) 封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng) 根據(jù)根據(jù)能量能量與與質量質量傳遞的不同傳遞的不同在熱學中，把所研究的物體或物體組叫做在熱學中，把所研究的物體或物體組叫做熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng) 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五12-112-1

20、平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體物態(tài)方程理想氣體物態(tài)方程 Equilibrium State and State Equation of Ideal Gas熱力學研究的對象，它包含極大量的分子、原子。熱力學研究的對象，它包含極大量的分子、原子。 單個分子：單個分子： 熱無序、具有偶然性、遵循力學規(guī)律熱無序、具有偶然性、遵循力學規(guī)律. 整體整體(大量分子大量分子): 服從統(tǒng)計規(guī)律服從統(tǒng)計規(guī)律在熱學中，把所研究的物體或物體組叫做在熱學中，把所研究的物體或物體組叫做熱力學系統(tǒng)熱力學系統(tǒng)一一、熱力學熱力學系統(tǒng)系統(tǒng) Thermodynamic System 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣

21、體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二、二、物態(tài)參量物態(tài)參量（狀態(tài)參量）狀態(tài)參量） State Parameter物態(tài)參量：物態(tài)參量：描述系統(tǒng)狀態(tài)的量描述系統(tǒng)狀態(tài)的量.確定一個確定一個熱力學系統(tǒng)的熱力學系統(tǒng)的平衡態(tài)平衡態(tài)所需使用的所需使用的物物態(tài)參量態(tài)參量:1) 力學參量力學參量: 如如: 壓強壓強2) 幾何參量幾何參量: 如如: 體積體積3) 化學參量化學參量: 如如: 摩爾數(shù)摩爾數(shù)4) 電磁參量電磁參量: 如如: 電場強度電場強度使用這四類參量就可使用這四類參量就可以完全確定一個熱力以完全確定一個熱力學系統(tǒng)的狀態(tài)學系統(tǒng)的狀

22、態(tài) 對簡單系統(tǒng)只用對簡單系統(tǒng)只用體積體積和和壓強壓強這兩個參量這兩個參量就可確就可確定它的一個平衡態(tài)定它的一個平衡態(tài) . 溫度溫度熱力學參量熱力學參量: 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五物物態(tài)參量分為態(tài)參量分為宏觀量宏觀量與與微觀量微觀量1、宏觀量、宏觀量 從整體上描述系統(tǒng)的狀態(tài)量，一般可以直接測量。從整體上描述系統(tǒng)的狀態(tài)量，一般可以直接測量。 如如: 壓強壓強 P、體積、體積 V、溫度、溫度 T 等。等。2、微觀量：、微觀量：描述系統(tǒng)內(nèi)微觀粒子的物理量。描述系統(tǒng)內(nèi)微

23、觀粒子的物理量。 如：分子的質量、如：分子的質量、 直徑、速度、動量、能量等。直徑、速度、動量、能量等。微觀量與宏觀量有一定的內(nèi)在聯(lián)系。微觀量與宏觀量有一定的內(nèi)在聯(lián)系。例如，氣體的壓強是大量分子撞擊器壁的平均效果，例如，氣體的壓強是大量分子撞擊器壁的平均效果， 它與大量分子對器壁的沖力的平均值有關。它與大量分子對器壁的沖力的平均值有關。 宏觀宏觀量量微觀微觀量量統(tǒng)計平均統(tǒng)計平均 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五三、三、氣體的氣體的物物態(tài)參量態(tài)參量(宏觀量宏觀量) St

24、ate Parameter of Gas質點位矢位矢, 速度速度, 加速度加速度動量動量, 能量能量剛體角速度角速度, 角加速度角加速度角動量角動量, 動能動能氣體的物態(tài)參量壓強壓強-P體積體積-V溫度溫度-T 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五壓強-P壓強是作用于容器壁的單位面積的正壓力，單位為Pa。超低壓（超真空）和超高壓的用途十分廣泛科研工作和自然界中均需要和存在這些極端的條件體積-V氣體的體積是指氣體能夠到達的空間，單位為立方米。氣體的體積一般由所用的容器的體積

25、來確定溫度-T單位為攝氏度或者開三、三、氣體的氣體的物物態(tài)參量態(tài)參量(宏觀量宏觀量) State Parameter of Gas 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五四、四、平衡態(tài)平衡態(tài) Equilibrium State 1 1、平衡態(tài)：、平衡態(tài)： 在沒有外界影響的條件下，系統(tǒng)各個部分的宏在沒有外界影響的條件下，系統(tǒng)各個部分的宏觀性質觀性質長時間內(nèi)不發(fā)生變化長時間內(nèi)不發(fā)生變化的狀態(tài)。的狀態(tài)。2 2、熱動平衡：、熱動平衡： 熱力學中的平衡是一種熱動平衡，系統(tǒng)的分子熱力學

26、中的平衡是一種熱動平衡，系統(tǒng)的分子作永不停息的熱運動，因為碰撞，每個分子的速度作永不停息的熱運動，因為碰撞，每個分子的速度經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏觀量不隨時間改變。宏觀經(jīng)常在變，但是系統(tǒng)的宏觀量不隨時間改變。宏觀上表現(xiàn)為平衡態(tài)。上表現(xiàn)為平衡態(tài)。3 3、平衡態(tài)是一個理想化的概念、平衡態(tài)是一個理想化的概念，實際上不存在完實際上不存在完全不受外界影響的系統(tǒng)，也就不存在宏觀性質絕對全不受外界影響的系統(tǒng)，也就不存在宏觀性質絕對不變化的系統(tǒng)。不變化的系統(tǒng)。 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25

27、日星期五五、五、平衡過程平衡過程1、過程：、過程：系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)系統(tǒng)從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài), 其間其間所經(jīng)歷的所經(jīng)歷的過渡方式過渡方式稱為稱為狀態(tài)變化的狀態(tài)變化的過程過程 。2、平衡過程：、平衡過程：如果一過程所經(jīng)歷的所有狀態(tài)都是如果一過程所經(jīng)歷的所有狀態(tài)都是平衡狀態(tài)平衡狀態(tài), 該過程稱為該過程稱為平衡過程平衡過程。3、準靜態(tài)過程：、準靜態(tài)過程：熱力學系統(tǒng)從一個平衡態(tài)變化到另熱力學系統(tǒng)從一個平衡態(tài)變化到另一個平衡態(tài)所經(jīng)歷的狀態(tài)都可以一個平衡態(tài)所經(jīng)歷的狀態(tài)都可以近似當作平衡態(tài)近似當作平衡態(tài)，那，那么這種狀態(tài)變化過程稱為么這種狀態(tài)變化過程稱為 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程。準靜態(tài)過程是

28、實際過程的理想化模型準靜態(tài)過程是實際過程的理想化模型. .( (無限緩慢無限緩慢) )有理論意義有理論意義, ,也有實際意義也有實際意義. . 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五六、六、物態(tài)方程物態(tài)方程（狀態(tài)方程）（狀態(tài)方程）1、物態(tài)方程：、物態(tài)方程：物態(tài)參量之間的函數(shù)關系。物態(tài)參量之間的函數(shù)關系。2、理想氣體、理想氣體（化學純）（化學純）的的物物態(tài)方程態(tài)方程 State Equation of Ideal Gas氣體的物態(tài)方程：氣體的物態(tài)方程：0),(TPVfRTMm

29、RTPV11KmolJ 31.8R摩爾氣體常量摩爾氣體常量:一定量一定量（化學純）（化學純）理想氣體，理想氣體，質量為：質量為：m： 摩爾數(shù)摩爾數(shù); M : 摩爾質量摩爾質量Mm 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五六、六、物態(tài)方程物態(tài)方程（狀態(tài)方程）（狀態(tài)方程）RTMmRTPV M : 摩爾質量摩爾質量一定量一定量（化學純）（化學純）理想氣體，理想氣體，質量為：質量為：mN個同種個同種理想氣體分子，每個氣體分子理想氣體分子，每個氣體分子質量為：質量為：m,Nmm ,mN

30、MARTNNRTPVA,NkTkTVNP nkT123AKJ 1038.1NRk玻耳茲曼常量玻耳茲曼常量:氣體分子數(shù)密度氣體分子數(shù)密度:VNn 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五七、七、理想氣體理想氣體準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程的圖形表示的圖形表示P0VP0TV0TP-V 圖上一個圖上一個點點 一個一個平衡態(tài)平衡態(tài) 一條一條有向曲線有向曲線 準靜態(tài)過程準靜態(tài)過程 大學物理大學物理 12-1 平衡態(tài)平衡態(tài) 理想氣體理想氣體 物態(tài)方程物態(tài)方程第第1212章章 氣體動理論氣體動理論

31、理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五八、八、熱力學第熱力學第零零定律定律(熱平衡定律定律) 如果如果物體物體A和和物體物體B分別與分別與物體物體C處于熱平衡的處于熱平衡的狀態(tài)，那么狀態(tài)，那么物體物體A和和物體物體B之間也處于熱平衡之間也處于熱平衡.ACB熱平衡熱平衡熱平衡熱平衡AB熱平衡熱平衡 大學物理大學物理 12-2 物質的微觀模型物質的微觀模型 統(tǒng)計規(guī)律性統(tǒng)計規(guī)律性第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五12-212-2 物質的微觀模型物質的微觀模型 統(tǒng)計規(guī)律性統(tǒng)計規(guī)律性一一、分子運動的基本規(guī)律分子運動的基本規(guī)律1 1、宏觀物體由大量

32、分子（原子）組成宏觀物體由大量分子（原子）組成;2 2、組成物質的分子在永不停息地作無規(guī)則運動組成物質的分子在永不停息地作無規(guī)則運動;3 3、分子間存在相互作用力分子間存在相互作用力. 分子力表現(xiàn)為分子力表現(xiàn)為引力引力； 分子力表現(xiàn)為分子力表現(xiàn)為斥力斥力； 分子力為零。分子力為零。0rr 0rr 0rr f r10-9 mrod m10100r 大學物理大學物理 12-2 物質的微觀模型物質的微觀模型 統(tǒng)計規(guī)律性統(tǒng)計規(guī)律性第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二二、分子熱運動的無序性及統(tǒng)計規(guī)律分子熱運動的無序性及統(tǒng)計規(guī)律1 1、氣體分子熱運動可以看

33、作是在慣性支配下的氣體分子熱運動可以看作是在慣性支配下的 自由運動自由運動;2 2、氣體分子間的相互碰撞頻繁氣體分子間的相互碰撞頻繁;3 3、氣體分子熱運動服從統(tǒng)計規(guī)律氣體分子熱運動服從統(tǒng)計規(guī)律.1 1）分子分子向各方向運動機會相等向各方向運動機會相等；2 2）分子分子數(shù)密度分布均勻數(shù)密度分布均勻；3 3）分子分子速度在各方向分量各種平均值相等速度在各方向分量各種平均值相等. . 熱運動：熱運動：大量實驗事實表明分子都在作大量實驗事實表明分子都在作 永不停止的無規(guī)運動永不停止的無規(guī)運動 .平衡態(tài)時平衡態(tài)時: : 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章

34、氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五12-312-3 理想氣體的壓強公式理想氣體的壓強公式一一、理想氣體的微觀模型理想氣體的微觀模型2 2、除碰撞的瞬間外，分子之間以及分子與容器壁除碰撞的瞬間外，分子之間以及分子與容器壁 之間的相互作用力可忽略不計；之間的相互作用力可忽略不計；4 4、分子的運動遵從經(jīng)典力學的規(guī)律。分子的運動遵從經(jīng)典力學的規(guī)律。3 3、彈性質點（彈性質點（分子之間以及分子與容器壁之間的分子之間以及分子與容器壁之間的 碰撞都是彈性碰撞碰撞都是彈性碰撞 ）；）；1 1、分子可視為質點；分子可視為質點； 線度線度 間距間距m,1010dm,109rrd

35、分子本身的線度比起分子間的間距小得多分子本身的線度比起分子間的間距小得多而可忽略不計。而可忽略不計。 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二二、理想氣體的理想氣體的熱動平衡熱動平衡的統(tǒng)計規(guī)律的統(tǒng)計規(guī)律（平衡態(tài)）（平衡態(tài)）1 1、沒有一個分子比其他分子占有優(yōu)勢；沒有一個分子比其他分子占有優(yōu)勢；3 3、分子沿任一方向的運動不比沿其它方向的運動分子沿任一方向的運動不比沿其它方向的運動 占優(yōu)勢；占優(yōu)勢；分子速度在各個方向上的分量的各種分子速度在各個方向上的分量的各種 平均值都相等平均值都相等

36、。2 2、分子均勻分布，任一位置單位體積內(nèi)的分子數(shù)分子均勻分布，任一位置單位體積內(nèi)的分子數(shù) 不比其它位置占優(yōu)勢；不比其它位置占優(yōu)勢；kjiiziyixivvvv分子運動速度分子運動速度zyxvvv各方向運動概率均等各方向運動概率均等iixixxxxNNvvvv(vvx1)132100 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五x 方向速度平方的平均值方向速度平方的平均值各方向運動概率均等各方向運動概率均等iixxN221vv222zyxvvv2222zyxvvvv231v二二、理想氣體的理

37、想氣體的熱動平衡熱動平衡的統(tǒng)計規(guī)律的統(tǒng)計規(guī)律（平衡態(tài)）（平衡態(tài)）1 1、沒有一個分子比其他分子占有優(yōu)勢；沒有一個分子比其他分子占有優(yōu)勢；3 3、分子沿任一方向的運動不比沿其它方向的運動分子沿任一方向的運動不比沿其它方向的運動 占優(yōu)勢；占優(yōu)勢；分子速度在各個方向上的分量的各種分子速度在各個方向上的分量的各種 平均值都相等平均值都相等。2 2、分子均勻分布，任一位置單位體積內(nèi)的分子數(shù)分子均勻分布，任一位置單位體積內(nèi)的分子數(shù) 不比其它位置占優(yōu)勢；不比其它位置占優(yōu)勢； 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2

38、月25日星期五三三、理想氣體壓強公式理想氣體壓強公式氣體壓強的微觀機制：氣體壓強的微觀機制： 壓強是大量分子對容器壁發(fā)生碰撞，壓強是大量分子對容器壁發(fā)生碰撞， 從而對容器壁產(chǎn)生沖力的宏觀效果。從而對容器壁產(chǎn)生沖力的宏觀效果。 理想氣體的壓強理想氣體的壓強 氣體分子在單位時間內(nèi)施與器壁單位氣體分子在單位時間內(nèi)施與器壁單位面積上的沖量。面積上的沖量。 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五三三、理想氣體壓強公式理想氣體壓強公式 設設 邊長分別為邊長分別為 x、y 及及 z 的長方體中的長方

39、體中,有有 N 個全同的質量為個全同的質量為 m 的氣體分子，的氣體分子，計算計算 A1 壁面所受壓強壁面所受壓強ixvmixvm-2Aivoyzxyzx1Aiviyvixvizvo 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五三三、理想氣體壓強公式理想氣體壓強公式 設設 邊長分別為邊長分別為 x、y 及及 z 的長方體中的長方體中,有有 N 個全同的質量為個全同的質量為 m 的氣體分子，的氣體分子，計算計算 A1 壁面所受壓強壁面所受壓強ixvmixvm-2Aivoyzxyzx1A 分子數(shù)

40、密度分子數(shù)密度n：單位體積內(nèi)的分子個數(shù)單位體積內(nèi)的分子個數(shù)VNn 質量密度：質量密度：nm 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五三三、理想氣體壓強公式理想氣體壓強公式分子平均分子平均平動平動動能：動能：2k21vmk32nP 理想氣體壓強公式：理想氣體壓強公式：分子數(shù)密度：分子數(shù)密度：VNn 統(tǒng)計關系式統(tǒng)計關系式微觀量的統(tǒng)計平均值微觀量的統(tǒng)計平均值宏觀宏觀可測量可測量量量 大學物理大學物理 12-3 理想氣體的理想氣體的壓強公式壓強公式第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理

41、系 王 強2022年2月25日星期五 大學物理大學物理 12-4 理想氣體分子的理想氣體分子的平均平動動能平均平動動能與與溫度溫度的關系的關系第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五12-412-4 理想氣體分子的理想氣體分子的平均平均平動平動動能動能 與與溫度溫度的關系的關系一一、理想氣體分子的理想氣體分子的平均平均平動平動動能動能與與溫度溫度的關系的關系k32np 理想氣體壓強公式：理想氣體壓強公式：nkTp 理想氣體物態(tài)方程理想氣體物態(tài)方程:分子平均分子平均平動平動動能：動能：2k21vmkT23kkT23宏觀可測量宏觀可測量微觀量的統(tǒng)計平均微

42、觀量的統(tǒng)計平均 大學物理大學物理 12-4 理想氣體分子的理想氣體分子的平均平動動能平均平動動能與與溫度溫度的關系的關系第第1212章章 氣體動理論氣體動理論理學院物理系 王 強2022年2月25日星期五二二、溫度溫度 T 的物理的物理意義意義3 3、在在同一溫度同一溫度下各種理想氣體分子下各種理想氣體分子 平均平均平動平動動能動能均均相等相等. .1 1、溫度是溫度是分子平均分子平均平動平動動能動能的的量度量度. . Tk2 2、溫度是溫度是大量分子的集體表現(xiàn)大量分子的集體表現(xiàn). .kTm23212kv說明：說明：溫度是個統(tǒng)計概念，由微觀粒子動能的統(tǒng)計平溫度是個統(tǒng)計概念，由微觀粒子動能的統(tǒng)計平 均值決定。說少數(shù)幾個分子具有多高的溫度是均值決定。說少數(shù)幾個分子具有多高的溫度是 無意義的。無意義的