大学物理04麦克斯韦速率分布律.pptx

1 气体中个别分子的速度具有怎样的数值和方向完气体中个别分子的速度具有怎样的数值和方向完全是偶然的，但就大量分子的整体来看，在一定的条全是偶然的，但就大量分子的整体来看，在一定的条件下，气体分子的速度分布也遵从一定的统计规律。件下，气体分子的速度分布也遵从一定的统计规律。这个规律也叫这个规律也叫麦克斯韦速率分布律麦克斯韦速率分布律。按统计假设，各种速率下的分子都存在，可以用按统计假设，各种速率下的分子都存在，可以用某一速率区间内分子数占总分子数的百分比某一速率区间内分子数占总分子数的百分比来表示分来表示分子按速率的分布规律。子按速率的分布规律。1.将速率从将速率从 分割成很多相等的速率区间。分割成很多相等的速率区间。一、速率分布函数一、速率分布函数例如速率间隔取例如速率间隔取100m/s,整个速率分为整个速率分为0100；100200；等区间。等区间。2.总分子数为总分子数为N，第1页/共13页2则可了解分子按速率分布的情况。则可了解分子按速率分布的情况。2.总分子数为总分子数为N，3.概率概率与与v有关，不同有关，不同 v 附近概率不同。附近概率不同。有关，速率间隔大概率大。有关，速率间隔大概率大。4.速率间隔很小，速率间隔很小，该区间内分子数为该区间内分子数为dN，在该速率区间内分子的概率在该速率区间内分子的概率第2页/共13页3写成等式写成等式速率分布函数的物理意义：速率分布函数的物理意义：表示在速率表示在速率 v 附近，单位附近，单位速率区间内分子出现的概率，或单位速率区间内分子速率区间内分子出现的概率，或单位速率区间内分子数占总分子数的百分比。数占总分子数的百分比。由于全部分子百分之百地分布在由由于全部分子百分之百地分布在由0到到 的整个速率范的整个速率范围内，围内，归一化条件归一化条件速率分布函数速率分布函数表示分布在表示分布在 区间区间内的分子数占总分子数的比内的分子数占总分子数的比率（或百分比）率（或百分比）第3页/共13页4例：例：试说明下列各式的物理意义。试说明下列各式的物理意义。答：答：由速率分布函数可知由速率分布函数可知 表示在速率表示在速率v附近，附近，dv速率区间内分子出现的概率。速率区间内分子出现的概率。表示在速率表示在速率v附近，附近，dv速率区间内分子的个数。速率区间内分子的个数。表示在速率表示在速率v1v2速率区间内，分子出现的概率。速率区间内，分子出现的概率。表示在速率表示在速率v1v2速率区间内，分子出现的个数。速率区间内，分子出现的个数。第4页/共13页5麦克斯韦速率分布函数麦克斯韦速率分布函数1860年麦克斯韦推导出理想气体的速率分布律。年麦克斯韦推导出理想气体的速率分布律。在平衡态下，当气体分子间的相互作用可以忽略时，在平衡态下，当气体分子间的相互作用可以忽略时，分布在任一速率区间分布在任一速率区间 vv+dv 的分子数占总分子数的的分子数占总分子数的比率为：比率为：二、麦克斯韦速率分布定律二、麦克斯韦速率分布定律1.1.麦克斯韦速率分布定律的内容麦克斯韦速率分布定律的内容第5页/共13页61.f(v)v曲线曲线讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：2.在在 dv 速率区间内分子出现的概率速率区间内分子出现的概率3.在在f(v)v曲线下的面积曲线下的面积为该速率区间内分子出为该速率区间内分子出现的概率：现的概率：第6页/共13页74.在在f(v)v整个曲线下的面积为整个曲线下的面积为 1 -归一化条件。归一化条件。分子在整个速率区间内出现的概率为分子在整个速率区间内出现的概率为 1。5.最可几速率最可几速率vP物理意义物理意义：若把整个若把整个速率范围划分为许多速率范围划分为许多相等的小区间，则分相等的小区间，则分布在布在 v vP P所在所在区间的分区间的分子数比率最大。子数比率最大。第7页/共13页8将将 f(v)对对 v 求导，令一次导数为求导，令一次导数为 0，最可几速率：最可几速率：由由和和第8页/共13页9讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：讨论：1）vP与温度与温度T的关系的关系曲线的峰值右移曲线的峰值右移,由于由于曲线下面积为曲线下面积为1不变，不变，所以峰值降低。所以峰值降低。曲线的峰值左移曲线的峰值左移,由由于曲线下面积为于曲线下面积为1不不变，所以峰值升高。变，所以峰值升高。2）vP与与分子质量分子质量m的关系的关系第9页/共13页10 气体分子在各种速率的都有，那么平均速率是多大呢气体分子在各种速率的都有，那么平均速率是多大呢？假设：速率为假设：速率为v1的分子有的分子有 个，个，速率为速率为v2的分子有的分子有 个，个，平均速率：平均速率：1.平均速率平均速率 利用麦克斯韦速率分布率可计算方均根速率、平均利用麦克斯韦速率分布率可计算方均根速率、平均速率等物理量。速率等物理量。2.2.麦克斯韦速率分布定律的应用麦克斯韦速率分布定律的应用第10页/共13页11计算一个与速率有关的物理量计算一个与速率有关的物理量 g(v)的统计平均值的公的统计平均值的公式：式：利用此公式还可计算分子的方均根速率、利用此公式还可计算分子的方均根速率、分子的平均分子的平均平动动能等。平动动能等。利用积分公式利用积分公式上下同乘上下同乘N0有：有：平均速率平均速率得：得：第11页/共13页12 利用方均根速率可计算分子的平均平动动能。利利用方均根速率可计算分子的平均平动动能。利用计算统计平均值公式：用计算统计平均值公式：利用广义积分公式利用广义积分公式3 3.方均根速率方均根速率方均根速率方均根速率方均根速率方均根速率与前面温度公式中所讲的方均根速率相同。与前面温度公式中所讲的方均根速率相同。第12页/共13页134 4.三种速率的比较三种速率的比较三种速率的比较三种速率的比较三种速率统计值有不同的应用：三种速率统计值有不同的应用：在讨论速率分布时，要用到最可几速率；在计算分在讨论速率分布时，要用到最可几速率；在计算分子运动的平均距离时，要用到平均速率；在计算分子子运动的平均距离时，要用到平均速率；在计算分子的平均平动动能时，要用到方均根速率。的平均平动动能时，要用到方均根速率。第13页/共13页