理学类分子物理学基础省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

第四章第四章 分子物理学基础分子物理学基础第第1页页 一一 能从宏观和统计意义上了解压强、温度等能从宏观和统计意义上了解压强、温度等 概念概念。了解了解了解系统宏观性质是微观运动统计表现了解系统宏观性质是微观运动统计表现，了解统，了解统计方法。计方法。二二 掌握掌握分子平均能量按自由度均分原理，会计算分子平均能量按自由度均分原理，会计算理想气体内能。理想气体内能。教学基本要求教学基本要求 三三 了解了解麦克斯韦速度分布律、速率分布函数曲线麦克斯韦速度分布律、速率分布函数曲线物理意义，了解物理意义，了解“三种速率三种速率”意义和求法，了解玻尔意义和求法，了解玻尔兹曼能量分布律。兹曼能量分布律。四四 了解了解物质中三种迁移现象概念、宏观规律等。物质中三种迁移现象概念、宏观规律等。五五 了解了解液体表面现象。液体表面现象。第四章第四章 分子物理学基础分子物理学基础第第2页页2 气体物态参量气体物态参量（宏观量宏观量）一、热力学系统一、热力学系统1 系统与环境系统与环境第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度3 平平 衡衡 态态 一定量气体，一定量气体，在不受在不受外界影响下外界影响下,经过一定时间经过一定时间,系统到达一个稳定系统到达一个稳定,宏观性宏观性质不随时间改变状态称为平质不随时间改变状态称为平衡态衡态.（理想状态）（理想状态）真真 空空 膨膨 胀胀 气体压强气体压强 体积体积 温度温度第第3页页平衡态特点平衡态特点*1）单一性（单一性（处处相等）处处相等）;2）物态物态稳定性稳定性 与时间无关；与时间无关；3）自发过程终点；自发过程终点；4）热动平衡（有别于力平衡）热动平衡（有别于力平衡）.第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第4页页 物态方程：理想气体平衡态宏观参量间函数关物态方程：理想气体平衡态宏观参量间函数关系系.摩尔气体常量摩尔气体常量对一定质量对一定质量同种气体同种气体理想气体理想气体物态方程物态方程理想气体宏观定义理想气体宏观定义：恪守三个试验定律气体：恪守三个试验定律气体.理想气体物态方程理想气体物态方程第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第5页页第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度二、理想气体微观模型二、理想气体微观模型 1 分子可视为质点；分子可视为质点；线度线度 间距间距 ；2 除碰撞瞬间除碰撞瞬间,分子间无相互作用力；分子间无相互作用力；4 分子运动遵从经典力学规律分子运动遵从经典力学规律 3 弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；弹性质点（碰撞均为完全弹性碰撞）；第第6页页2）分子各方向运动概率均等分子各方向运动概率均等分子运动速度分子运动速度热动平衡统计假设：热动平衡统计假设：1）分子按位置分布是均匀分子按位置分布是均匀 第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度各方向运动各方向运动概概率均等率均等 方向速度平方平均值方向速度平方平均值第第7页页三、理想气体压强公式三、理想气体压强公式第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度单个单个分子分子对器壁冲量：对器壁冲量：单个单个分子在分子在 时间内对器壁冲量：时间内对器壁冲量：设设 边长为边长为 立方体中有立方体中有 N 个全同质量为个全同质量为 m 气体气体分子，分子，推导推导壁面所受压强壁面所受压强 .N 个个分子对器壁平均冲力：分子对器壁平均冲力：气体压强气体压强第第8页页 统计关系式统计关系式压强物理压强物理意义意义宏观可测量量宏观可测量量微观量统计平均值微观量统计平均值 压强微观实质。压强微观实质。压强是大量分子对时间、对面积统计平均结果压强是大量分子对时间、对面积统计平均结果。压强公式不能直接用试验验证。压强公式不能直接用试验验证。分子平均平动动能分子平均平动动能第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第9页页玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数宏观可测量量宏观可测量量微观量统计平均值微观量统计平均值分子平均平动动能分子平均平动动能 第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度四、理想气体温度四、理想气体温度阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律温度温度 T 物理物理意义：意义：1）温度是分子平均平动动能量度；温度是分子平均平动动能量度；2）温度是大量分子集体表现，个别分子无意义。温度是大量分子集体表现，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。同一温度下，各种气体分子平均平动动能均相等。第第10页页（A）温度相同、压强相同。）温度相同、压强相同。（B）温度、压强都不一样。）温度、压强都不一样。（C）温度相同，但氦气压强大于氮气压强）温度相同，但氦气压强大于氮气压强.（D）温度相同，但氦气压强小于氮气压强）温度相同，但氦气压强小于氮气压强.解解 一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动一瓶氦气和一瓶氮气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们讨讨 论论第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第11页页 例例 理想气体体积为理想气体体积为 V，压强为，压强为 p，温度为，温度为 T,一个分子一个分子 质量为质量为 m，k 为玻尔兹曼常量，为玻尔兹曼常量，R 为摩尔为摩尔气体常量，则该理想气体分子数为：气体常量，则该理想气体分子数为：（A）（B）（C）（D）解解第一节第一节 理想气体压强和温度理想气体压强和温度第第12页页一一、自由度数、自由度数 第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理决定一个物体空间位置所需要独立坐标数。决定一个物体空间位置所需要独立坐标数。单单原子分子原子分子单原子分子平均能量单原子分子平均能量第第13页页 刚刚性性双双原子分子原子分子分子平均平动动能分子平均平动动能分子平均转动动能分子平均转动动能第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理第第14页页分子平均振动能量分子平均振动能量分子平均能量分子平均能量非刚性分子平均能量非刚性分子平均能量*C 非非刚性刚性双双原子分子原子分子第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理第第15页页 自由度数目自由度数目 平动平动 转动转动 振动振动单单原子分子原子分子 3 0 3双双原子分子原子分子 3 2 5多多原子分子原子分子 3 3 6刚性刚性分子能量自由度分子能量自由度分子分子自由度自由度平动平动转动转动总总第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理第第16页页三三 理想气体内能理想气体内能 理想气体内能理想气体内能：分子动能和分子内原子间势能：分子动能和分子内原子间势能之和之和.1mol 理想气体内能理想气体内能 二二 能量均分定理（玻尔兹曼假设）能量均分定理（玻尔兹曼假设）气体处于平衡态时，分子任何一个自由度平气体处于平衡态时，分子任何一个自由度平均能量都相等，均为均能量都相等，均为 ，这就是，这就是能量按自由度能量按自由度均分定理均分定理.分子平均能量分子平均能量第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理第第17页页 理想气体内能理想气体内能 理想气体内能改变理想气体内能改变 定容摩尔热容定容摩尔热容 定压摩尔热容定压摩尔热容 摩尔热容比摩尔热容比 第二节第二节 能量按自由度均分原理能量按自由度均分原理例题：例题：4-2第第18页页第五节第五节 液体表面现象液体表面现象 液体除了含有流体普通特征外，它还液体除了含有流体普通特征外，它还有一个特殊主要特征有一个特殊主要特征,即即表面特征表面特征。液体与。液体与气体和固体相接触时都有一界面，处于界气体和固体相接触时都有一界面，处于界面分子同时受到同种分子以及气体或固体面分子同时受到同种分子以及气体或固体分子作用力，因而产生一系列特殊现象分子作用力，因而产生一系列特殊现象,称称之为液体之为液体表面现象表面现象。（。（The surface phenomena of liquid）第第37页页液体表面如担心薄膜液体表面如担心薄膜,存在着存在着张张力力,有收有收缩缩成表面成表面积积最小最小趋势趋势,这这种种张张力称力称为为表面表面张张力力.（一）表面张力（一）表面张力(surface tension)(surface tension)第五节第五节 液体表面现象液体表面现象一、表面张力和表面能一、表面张力和表面能第第38页页1.分子分子间间平衡距离平衡距离r01010m。2.短程力，有效作用距离短程力，有效作用距离d 109m。1.1.表面表面张张力力产产生原因生原因a)a)分子力特点分子力特点:第五节第五节 液体表面现象液体表面现象b)b)模型受力分析模型受力分析:表面层表面层d 液体表面层分子受到协力指向液体液体表面层分子受到协力指向液体内部，内部，表面处于一个特殊张紧状态，宏表面处于一个特殊张紧状态，宏观表现为一个被拉紧弹性薄膜而含有表观表现为一个被拉紧弹性薄膜而含有表面张力。面张力。第第39页页c)c)实例分析实例分析:表面张力是沿着液体表面与液面相切而且与分界限相垂直。表面张力是沿着液体表面与液面相切而且与分界限相垂直。第五节第五节 液体表面现象液体表面现象2.2.表面张力定义表面张力定义:公式公式:1 1）其中）其中 表面表面张张力系数力系数,单单位：位：N/mN/m2 2）表面）表面张张力系数随力系数随温度温度、接触物接触物质质、液体性液体性质质不一不一样样而有所不一而有所不一样样。第第40页页表面张力系数与表面能关系表面张力系数与表面能关系 外力作功外力作功表面能增量表面能增量(二二)表面能表面能(surface energy)(surface energy)定义定义:增加单位液体表面积作功增加单位液体表面积作功,称为该液体表面能称为该液体表面能.单位单位:J/m:J/m2 2第五节第五节 液体表面现象液体表面现象lABBCCDF第第41页页2.2.表面非活性物表面非活性物质质 可使溶液可使溶液表面表面张张力增加力增加物物质质称称为为表面非活性物表面非活性物质质二、表面活性物二、表面活性物质质与表面吸附与表面吸附 1.1.表面活性物表面活性物质质 溶液表面溶液表面张张力随溶力随溶质质而而变变,可使溶液可使溶液表面表面张张力减力减 少少物物质质称称为为表面活性物表面活性物质质.3.3.表面吸附表面吸附(surface adsorption)(surface adsorption)把表面活性物把表面活性物质质在溶液表面在溶液表面层层聚集并伸展成薄膜聚集并伸展成薄膜 现现象称表面吸附象称表面吸附第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第42页页4.4.肺泡内表面活性物质生理作用肺泡内表面活性物质生理作用第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第43页页液面附加液面附加压压强强A B P P0 0 P P0 0 P P0 0 P P0 0 PsPs+PsPsPsPsP P0 0 P P0 0 PsPs三、弯曲液面附加压强三、弯曲液面附加压强(一一)静止液面形式静止液面形式:第五节第五节 液体表面现象液体表面现象(二二)附加附加压压强强在弯曲液面上在弯曲液面上,因为表面张力因为表面张力,使液面使液面上产生一个额外压强。上产生一个额外压强。第第44页页球膜内附加球膜内附加球膜内附加球膜内附加压压压压强强强强R2 R1 A BPc CPbPa 实例分析实例分析1 1：第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第45页页实例分析实例分析2 2：肥皂泡肥皂泡试验试验第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第46页页气体栓塞气体栓塞(air embolism)(air embolism)ppP左左 P右右 P左左 P右右 p液柱不液柱不动动液柱不液柱不动动液柱开始移液柱开始移动动 当液体在毛细管中流动时，假如管中出现了气当液体在毛细管中流动时，假如管中出现了气泡，液体流动就要受到妨碍，气泡产生多了，就能泡，液体流动就要受到妨碍，气泡产生多了，就能堵住毛细管，使液体不能流动，这种现象称为堵住毛细管，使液体不能流动，这种现象称为气体气体栓塞现象栓塞现象.第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第47页页气体栓塞现象实例：气体栓塞现象实例：1.1.给病人输液时给病人输液时,要尤其注意不能在注射器要尤其注意不能在注射器 中留有气泡中留有气泡,以免在微血管中发生栓塞。以免在微血管中发生栓塞。2.2.潜水员从深水中上来潜水员从深水中上来,或病人和工作人员从或病人和工作人员从 高压氧仓中出高压氧仓中出 来来,都应有适当缓冲时间都应有适当缓冲时间,不然在高压时溶于血液中过量气体不然在高压时溶于血液中过量气体,在正在正 常压强下会快速释放出来形成气泡常压强下会快速释放出来形成气泡,轻易形轻易形 成气体栓塞。成气体栓塞。第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第48页页四、毛四、毛细现细现象象（一）浸润、不浸润现象（一）浸润、不浸润现象1.1.定义定义:当液体与固体接触时，液体与固体接触面当液体与固体接触时，液体与固体接触面 有扩大趋势，液体易于附着固体，称为有扩大趋势，液体易于附着固体，称为浸润现象浸润现象；若；若有收缩趋势有收缩趋势,称为称为不浸润现象不浸润现象.第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第49页页液体润湿固体液体润湿固体液体不润湿固体液体不润湿固体完全润湿完全润湿完全不润湿完全不润湿2.2.描述物理量描述物理量 :在固体和液体界面在固体和液体界面处处,液体与固体表面液体与固体表面间夹间夹角角 称称为为接触角接触角(contact angle)(contact angle)。第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第50页页（二）毛（二）毛细现细现象象(capillarity)(capillarity)1.1.概念概念 a)a)内径很内径很细细管子称管子称毛毛细细管管;b)b)将毛将毛细细管一端插入液体中管一端插入液体中,液体液体 润润湿管壁湿管壁时时,管内液面上升管内液面上升,不不润润湿湿 时则时则下降下降,这这种种现现象称象称毛毛细现细现象象.2.2.液体在毛细管中上升液体在毛细管中上升(或下降或下降)高度高度3.3.应用应用植物吸收和水分输送植物吸收和水分输送,动物血液在毛动物血液在毛细血管中流通和气体栓塞现象细血管中流通和气体栓塞现象.第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第51页页液体在毛细管中上升液体在毛细管中上升(或下降或下降)高度高度推导：液体在毛细管中上升推导：液体在毛细管中上升(或下降或下降)高度高度第五节第五节 液体表面现象液体表面现象第第52页页更多资源更多资源初一语文初一英语初一数学初一政治初一历史初一地理初一生物第第53页页