最新热学1气动压强温度1课件PPT.ppt 59页

'进入夏天，少不了一个热字当头，电扇空调陆续登场，每逢此时，总会想起那一把蒲扇。蒲扇，是记忆中的农村，夏季经常用的一件物品。　　记忆中的故乡，每逢进入夏天，集市上最常见的便是蒲扇、凉席，不论男女老少，个个手持一把，忽闪忽闪个不停，嘴里叨叨着“怎么这么热”，于是三五成群，聚在大树下，或站着，或随即坐在石头上，手持那把扇子，边唠嗑边乘凉。孩子们却在周围跑跑跳跳，热得满头大汗，不时听到“强子，别跑了，快来我给你扇扇”。孩子们才不听这一套，跑个没完，直到累气喘吁吁，这才一跑一踮地围过了，这时母亲总是，好似生气的样子，边扇边训，“你看热的，跑什么？”此时这把蒲扇，是那么凉快，那么的温馨幸福，有母亲的味道！　　蒲扇是中国传统工艺品，在我国已有三千年多年的历史。取材于棕榈树，制作简单，方便携带，且蒲扇的表面光滑，因而，古人常会在上面作画。古有棕扇、葵扇、蒲扇、蕉扇诸名，实即今日的蒲扇，江浙称之为芭蕉扇。六七十年代，人们最常用的就是这种，似圆非圆，轻巧又便宜的蒲扇。　　蒲扇流传至今，我的记忆中，它跨越了半个世纪，也走过了我们的半个人生的轨迹，携带着特有的念想，一年年，一天天，流向长长的时间隧道，袅热学1气动压强温度1 热学实验学院物理教研室火在生产中的应用：用粘土烧制陶器（6000年前仰韶文化时期有彩陶）冶炼金属、烧制石灰等等。《考工记》记载了在铸青铜合金时由现象判断温度高低战国时期掌握生铁冶炼的淬火和退火技术（早于欧美2000年）对热的本性的认识：热（即火）是构成宇宙万物的五种元素之一（五行说），热是可以自由出入物体的外物。古希腊：四元素说：土、水、气、火构成宇宙万物，火是物质始源。柏拉图：火是一种运动形式 热学实验学院物理教研室2.近代热学的开端：18世纪70年代——19世纪30年代：第一次工业革命蒸汽机广泛应用，为提高效率，促使人们研究热性质；1600年前后，伽利略制造了第一个测温器；1695年，博里奥制造了第一个水银温度计；1714年，华伦海特改良水银温度计，选定华氏温标；1742年，摄尔休斯引入百分刻度，选定摄氏温标；使热学能够进行定量研究1842年：得出理想气体状态方程 第五章气体动理论实验学院物理教研室二.状态参量1.宏观量从整体上描述系统的状态量，一般可以直接测量。如M、E、P、V、T等。宏观量是微观量的统计平均值。2.微观量描述系统内微观粒子的物理量。如分子的质量m、直径d、速度、动量、能量等。 第五章气体动理论实验学院物理教研室三.平衡态：在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间改变的状态，称为平衡态。1.气体平衡态的描述参量：P：SI单位：Pa(1Pa=1N/m2)1atm=1.013105PaT(热力学温度)：SI单位：KV：SI单位：m3t=T-273.15动态平衡 第五章气体动理论实验学院物理教研室2.气体平衡态特点：气体内部P、T、ρ、n处处相同。3.热力学第零定律AB导热板由导热板隔开的两个系统共同达到平衡态时——热平衡此时TA=TB 第五章气体动理论实验学院物理教研室AB绝热板导热板C此时TA=TC=TB与第三个系统达到热平衡的两个系统，互相之间也达到热平衡。——热力学第零定律 第五章气体动理论实验学院物理教研室四.准静态过程（理想过程）从一个平衡态到另一平衡态所经过的每一中间状态均可近似当作平衡态的过程.气体活塞砂子12 第五章气体动理论实验学院物理教研室五.理想气体状态方程普适气体常量m——气体质量M——气体摩尔质量状态方程的另一形式：P=nkTn—单位体积中的分子数—分子数密度(m-3)k=R/NA=1.3810-23J/K——玻尔兹曼(Boltzmann)常量 第五章气体动理论实验学院物理教研室气体动理论是统计物理最简单的内容宏观物体都是由大量不停息地运动着的、彼此有相互作用的分子或原子组成.利用扫描隧道显微镜技术把一个个原子排列成IBM字母的照片.对于由大量分子组成的热力学系统从微观上加以研究时,必须用统计的方法.§5-2分子热运动和统计规律 第五章气体动理论实验学院物理教研室.................................................................................小球在伽尔顿板中的分布规律.统计规律：大量偶然事件整体满足的规律。 第五章气体动理论实验学院物理教研室§5-3理想气体的压强和温度公式一.理想气体分子模型⑴分子本身线度<<分子间距；⑵除碰撞外，分子之间以及分子与器壁之间无相互作用；⑶碰撞是弹性的；⑷分子的运动服从经典力学规律。(分子速度(~102m/s)<<光速) 第五章气体动理论实验学院物理教研室二.分子集体的统计假设①分子的速度各不相同，且通过碰撞不断改变；③平衡态时，分子速度按方向的分布是均匀的。②平衡态时不计重力影响，分子按位置的分布是均匀的，即分子数密度到处一样； 第五章气体动理论实验学院物理教研室三.理想气体的压强分子施于器壁的冲量一个分子单位时间施于器壁的冲量x方向动量变化两次碰撞时间间隔单位时间碰撞次数 第五章气体动理论实验学院物理教研室单位时间N个粒子对器壁总冲量大量分子总效应单个分子单位时间施于器壁的冲量器壁所受平均冲力 第五章气体动理论实验学院物理教研室气体压强分子平均平动动能器壁所受平均冲力 第五章气体动理论实验学院物理教研室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是大量分子对时间、对面积的统计平均结果.问为何在推导气体压强公式时不考虑分子间的碰撞？对单个分子谈压强无意义 微观量的统计平均值宏观可测量量第五章气体动理论实验学院物理教研室四.温度的本质和统计意义P=nkT分子平均平动动能 第五章气体动理论实验学院物理教研室温度T的物理意义3）在同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等。热运动与宏观运动的区别：温度所反映的是分子的无规则运动，它和物体的整体运动无关，物体的整体运动是其中所有分子的一种有规则运动的表现.1）温度是分子平均平动动能的量度（反映热运动的剧烈程度）.注意2）温度是大量分子的集体表现，个别分子无意义. 第五章气体动理论实验学院物理教研室§5-4能量均分定理确定一个物体空间位置所需的独立坐标数目—i一.自由度自由运动质点：x，y，z，i=3平面运动质点：x，y，i=2定轴刚体：θi=1自由运动直棒：x，y，z，α，β，i=5自由刚体：x，y，z，α，β，θ，i=6平动自由度转动自由度 第五章气体动理论实验学院物理教研室自由度数目平动转动振动单原子分子303双原子分子325多原子分子336刚性分子自由度分子自由度平动转动总 第五章气体动理论实验学院物理教研室二.能量按自由度均分定理分子平均平动动能分子平动自由度——3个在平衡态下，分子热运动的每个自由度的平均动能都相等，且等于.（频繁碰撞的结果）一个分子的平均动能 第五章气体动理论实验学院物理教研室三.理想气体内能1mol理想气体内能气体内能：所有分子动能+分子之间相互作用能理想气体内能：所有分子动能理想气体内能：一定量的理想气体，内能是温度的单值函数。 第五章气体动理论实验学院物理教研室§5-5麦克斯韦速率分布一.速率分布函数dNv：速率在v~v+dv区间的分子数N：总分子数v：0~∞ 第五章气体动理论实验学院物理教研室f(v)表示速率在v附近单位速率区间的分子数占总分子数的百分比。性质：——归一化条件定义：讨论： 第五章气体动理论实验学院物理教研室二.麦克斯韦速率分布函数（理想气体平衡态）麦氏分布函数——最概然速率 第五章气体动理论实验学院物理教研室三.三种统计速率1）最概然速率根据分布函数求得气体在一定温度下分布在最概然速率附近单位速率间隔内的相对分子数最多.物理意义 第五章气体动理论实验学院物理教研室2）平均速率 第五章气体动理论实验学院物理教研室3）方均根速率 第五章气体动理论实验学院物理教研室同一温度下不同气体的速率分布N2分子在不同温度下的速率分布 第五章气体动理论实验学院物理教研室讨论麦克斯韦速率分布中最概然速率的概念下面哪种表述正确？（A）是气体分子中大部分分子所具有的速率.（B）是速率最大的速度值.（C）是麦克斯韦速率分布函数的最大值.（D）速率大小与最概然速率相近的气体分子的比率最大. 第五章气体动理论实验学院物理教研室例1计算在时，氢气和氧气分子的方均根速率.氢气分子氧气分子 第五章气体动理论实验学院物理教研室1）2）例2已知分子数，分子质量，分布函数求1）速率在间的分子数；2）速率在间所有分子动能之和.解：速率在间的分子数 第五章气体动理论实验学院物理教研室例3如图示两条曲线分别表示氢气和氧气在同一温度下的麦克斯韦速率分布曲线，从图上数据求出氢气和氧气的最概然速率.2000 第五章气体动理论实验学院物理教研室四.玻耳兹曼分布率1.麦克斯韦速度分布率（了解）速度在vx~vx+dvx,vy~vy+dvy,vz~vz+dvz区间，位置在x+dx,y+dy,z+dz区间的分子数占总分子数概率为：玻耳兹曼推广到各种运动的粒子 第五章气体动理论实验学院物理教研室2.玻耳兹曼分布率速度在vx~vx+dvx,vy~vy+dvy,vz~vz+dvz区间，位置在x+dx,y+dy,z+dz区间的分子数为：重力场中粒子按高度的分布：恒温气压公式：测高原理： 第五章气体动理论实验学院物理教研室§5-6气体分子平均自由程一.平均自由程：分子两次相邻碰撞之间自由通过的路程的平均值. 第五章气体动理论实验学院物理教研室二.分子平均碰撞次数：单位时间内一个分子和其它分子碰撞的平均次数.简化模型1.分子为刚性小球,2.分子有效直径为，3.其它分子皆静止,某一分子以平均速率相对其他分子运动. 第五章气体动理论实验学院物理教研室单位时间内平均碰撞次数考虑其他分子的运动分子平均碰撞次数 第五章气体动理论实验学院物理教研室平均自由程一定时一定时标准状态下空气分子 第五章气体动理论实验学院物理教研室⒈理想气体状态方程RTMMPVm=orP=nkT⒉压强的微观公式⒊温度的微观解释气体动理论小结 第五章气体动理论实验学院物理教研室⒋能量的均分⑴分子每个自由度的平均动能：⑵一个分子的平均总动能：⑶理想气体内能：⒌速率的分布⑴分布函数：*⑵麦氏速率分布 第五章气体动理论实验学院物理教研室⑶分子速率的三个统计值*⒍Boltzmann分布*⒎分子平均碰撞频率与平均自由程 第五章气体动理论实验学院物理教研室⒈在相同的温度和压强下，各为单位体积的氢气与氦气的内能之比为，各为单位质量的氢气与氦气的内能之比为。解：⑴⑵ 第五章气体动理论实验学院物理教研室[思考]其它解法？ 第五章气体动理论实验学院物理教研室⒉一定量氢气温度每升高1K，内能增加41.6J，则该氢气质量为。解： 第五章气体动理论实验学院物理教研室⒊在以速度u运动的容器中，盛有分子质量为m的单原子理想气体。若使容器突然停止运动，则气体状态达到平衡后，其T=.解：定向运动动能变为热运动动能[思考]其它解法？ 探索勾股定理 （图中每个小方格代表一个单位面积）（1）观察图1，正方形A中含有几个小方格，即A的面积为多少个单位面积？正方形B的面积为多少个单位面积？正方形C的面积为多少个单位面积？ （图中每个小方格代表一个单位面积）（2）观察图2，正方形A、B、C中各含有几个小方格，它们的面积为多少？（3）你能发现图1中的三个正方形的面积有什么关系吗？图2中的呢？ （图中每个小方格代表一个单位面积）观察图3、图4，并填写下表：图3图4A的面积B的面积C的面积 议一议三个正方形A、B、C的面积之间存在什么关系？你能发现直角三角形三边长度之间存在什么关系吗？与同伴交流。 做一做分别以5厘米、12厘米为直角三角形的直角边做出一个直角三角形，并测量斜边的长度.前面得到的规律对这个三角形还成立吗？ 勾股定理（gou－gutheorem）如果直角三角形两直角边分别为a，b，斜边为c，那么即直角三角形两直角边的平方和等于斜边的平方. 想一想小米妈妈买了一部29英寸（74厘米）的电视机。小米量了电视机的屏幕后，发现屏幕只有58厘米长和46厘米宽，他觉得一定是售货员搞错了。你同意他的想法吗？你能解释这是为什么吗？ 中央电教馆资源中心制作2003.12'