第十六章 气体分子动理论
分子动理论气体分子的运动和理想气体的性质
分子动理论气体分子的运动和理想气体的性质分子动理论: 气体分子的运动和理想气体的性质气体是物质存在的三种基本状态之一，其分子动理论是解释气体性质和行为的重要理论基础。
本文将探讨分子动理论对气体分子的运动和理想气体的性质的解释。
一、分子动理论的基本假设分子动理论基于以下几个基本假设：1. 气体由大量微观粒子组成，这些粒子被称为分子。
2. 分子之间相互独立，它们之间的相互作用力可以忽略不计。
3. 分子具有质量，具有热运动，它们的运动是无规则的，遵循统计规律。
4. 分子之间碰撞时，它们之间的碰撞是弹性碰撞，能量和动量得以守恒。
5. 气体体积与分子体积相比可以忽略。
基于这些假设，分子动理论提供了解释气体性质的理论框架。
二、气体分子的运动根据分子动理论，气体分子的运动是无规则的，并且具有以下几个特点：1. 分子的热运动速度分布是高斯分布，也称作麦克斯韦分布。
即大多数分子的速度接近平均速度，而极端高速和低速分子的数量相对较少。
2. 分子之间碰撞时，它们的碰撞是弹性碰撞。
在碰撞过程中，动能和动量得到守恒，但碰撞后的运动方向和速度可能发生改变。
3. 分子间的相互作用力可以忽略不计。
这是因为气体的分子间距相对较大，在气体的条件下，分子间的吸引或斥力相对较弱。
4. 分子的运动决定了气体的压力。
分子撞击容器壁产生的压力对应于分子的平均动能，而与分子的质量和速度分布有关。
三、理想气体的性质在分子动理论的基础上，我们可以推导出理想气体的性质。
理想气体是指完全符合分子动理论假设的气体，在实际中不存在。
1. 状态方程：理想气体的状态方程可以用理想气体定律描述，即PV = nRT。
其中，P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质量，R表示理想气体常数，T表示气体的温度。
2. 温度和压力的关系：根据理想气体定律，温度和压力成正比。
当气体的温度升高时，其压力也会增加。
3. 等温过程和绝热过程：理想气体的等温过程和绝热过程可以用分子动理论解释。
大学物理气体动理论
气体分子之间的相互作用力产生的势能， 由于气体分子之间的距离非常大，因此气 体分子的势能通常可以忽略不计。
分子动理论的基本假设
分子之间无相互作用力
气体分子之间不存在相互作用的力，它们之间只 存在微弱的范德华力。
分子运动速度服从麦克斯韦分布
气体分子的运动速度服从麦克斯韦分布，即它们 的速度大小和方向都是随机的。
分子碰撞的统计规律
分子碰撞的随机性
01
气体分子之间的碰撞是随机的，碰撞事件的发生和结果都是随
机的。
分子碰撞频率
02
单位时间内分子之间的碰撞次数与分子数密度、分子平均速度
和分子碰撞截面有关。
碰撞结果的统计规律
03
碰撞后分子的速度方向和大小的变化遵循一定的统计规律，可
以用概率密度函数来描述。
热现象的统计解释
大学物理气体动理论
• 引言 • 气体动理论的基本概念 • 气体动理论的基本定律 • 气体动理论的统计解释 • 气体动理论的应用 • 结论
01Biblioteka 引言主题简介气体动理论
气体动理论是通过微观角度研究气体 运动状态和变化的学科。它以分子运 动论为基础，探究气体分子运动的规 律和特性。
分子模型
气体动理论中，将气体分子视为弹性 小球，相互之间以及与器壁之间发生 弹性碰撞。通过建立分子模型，可以 更好地理解气体分子的运动特性。
对未来研究的展望
随着科学技术的发展，气体动理 论仍有很大的发展空间和应用前
景。
未来研究可以进一步探索气体分 子间的相互作用和气体在极端条 件下的行为，例如高温、高压或
低温等。
气体动理论与其他领域的交叉研 究也将成为未来的一个重要方向， 例如与计算机模拟、量子力学和
气体分子动理论
气体分子动理论气体分子动理论是描述气体分子运动行为的一种物理理论。
这个理论指出了分子在气体状态下的运动行为，包括分子的速率、轨道和碰撞等。
这个理论解释了许多与气体相关的现象，例如热力学原理、功率引擎行为、热导率等等。
本文将详细介绍气体分子动理论的概念、假设和实验验证，并探讨其在化学、工程和自然科学等领域中的应用。
概念气体分子动理论的概念可以从其名称中得知。
分子是气体的基本单位，而动力学则指出了这些气体分子在气体状态下的运动行为。
按照这个理论，气体分子是在三维空间中随机移动的，其运动速度和方向都是随机的，还会经常碰撞。
分子的速度和能量也很高，而且分子之间的压力和温度通常也非常高。
假设气体分子动理论是建立在一些基本假设的基础上，这些假设可以让我们从分子层面上研究气体状态。
以下是气体分子动理论的基本假设：1.分子运动规律是基于牛顿定律的：分子沿着匀速直线前进，如果有力作用于分子上，分子会产生加速度。
2.分子间的运动足够快、足够随机：分子的平均速度相比于分子间的相互作用力，可以看作是随机热运动。
3.分子之间的互相碰撞是弹性碰撞：分子之间的作用力很小，因此任何碰撞都是弹性碰撞。
4.分子间的空间相对大，可以看做是不存在相互作用的：引力、排斥力等作用力很小，因此新增分子不会对气体的性质产生影响。
这些假设允许我们通过原子和分子的运动来解释理论分析和实验结果，有效推导气体的性质和状态。
实验验证气体分子动理论建立在基础物理尺度上，如角动量守恒定律、速度分布和碰撞等。
因此，文章介绍了几种实验验证气体分子动理论的方法：1.光扩散实验：将悬浮于气体之中的微小颗粒照射红外线。
微小颗粒受到红外线的反射和散射，通过测量其在气体中的扩散行为，可以推断出气体分子的平均速度和碰撞频率。
2.均匀气体分子分布实验：将气体充入小孔振荡单元中，通过与空气的微小污染物有序混合，检测气体分子的运动行为和浓度。
3.气体热传导实验：通过传导热流并测定体系温度梯度，分析气体分子在高温区域的热传导和碰撞频率。
热力学中的理想气体分子动理论
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分子平均转动动能计算
分子转动动能公式：Erot=1/2Iω2 分子转动动能与温度的关系：随着温度的升高，分子转动动能增大 理想气体分子转动动能计算公式：Erot=1/2Iω2=1/2kT 理想气体分子平均转动动能计算公式：Erot=1/2kT
理想气体分子的 分布律
麦克斯韦分布律
定义：描述理想气体分子在平衡态 下速度分布的规律
分子碰撞与平均自由程
分子碰撞：气体分子间的相互碰撞， 是气体分子动理论的基本概念。
分子动理论：基于分子碰撞和平均 自由程的理论，解释了气体的一些 基本性质和行为。
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平均自由程：分子在连续两次碰撞 之间所走的平均距离，是气体分子 动理论中的重要参数。
理想气体：在分子动理论中，理想气 体被视为无相互作用的单个分子的集 合，其行为可以通过分子动理论来描 述。
理想气体分子动 能的计算
分子平均动能计算
分子平均动能的概念：分子在运动过程中所具有的动能的总和除以分子的数目。
分子平均动能的影响因素：温度和物质的种类。
分子平均动能与温度的关系：温度越高，分子平均动能越大。
分子平均动能的计算公式：E=3/2*k*T，其中E为分子平均动能，k为玻尔兹曼常数，T为热力学温 度。
热力学中的理想气体分 子动理论
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目录
理想气体模型
理想气体分子动能的计算
01
04
分子动理论
02
热力学定律与分子动理论
03
理想气体分子的分布律
05
理想气体分子的速率分布 和能量分布的实验验证
06
理想气体模型
理想气体定义
第十六章 气体分子动理论共23页文档
(2)计算方法
df 0 dv
(3)公式
k R NA
vp
f(v)42m kT3/2em 2k2vTv2
2kT 2 RT 2 RT
m
mN A
M
2.算术平均速率
(1)定义
设 N气体分子数
dN 气体分子速率在 vv区间dv的分子数
v v1dN 1v2dN2 N
v vdN
第三节 能量均分定理
一. 自由度
一维 1. 质点 二维 2. 刚体 三维
确定物体空间位置所需的独立坐标数
t=1
tt==2 3
(1)平动 t= 3
(2)转动 r=3
轴的方位 2 绕轴转动 1
3.描述一维弹性振动的独立坐标数 振动 s 1
4.描述分子运动的自由度
(1)单原子分子
平动 t 3 x, y,z z l •
理论 f(v)42m kT3/2em 2k2vTv2
2.物理意义
（1）d N Nvfd v表速率 vvd区v间分子数
（2）f vdv dN表速率vvdv分子出现概率
N
0
f
vd
v1
（3）f v 1 dN
N dv
表单位速率区间,分子出现概率(概率密度)
四.特征速率 1.最概然速率 v1.三种速率比较 vp v v2
vp
2kT m
2 RT M
v 1.60kT1.60RT
m
M
v2 3kT 3RT1.73RT
mM
M
（2）判断同种气体，温度高低？
vp
2kT
m
2 RT M
T2 T1
相同温度，区分两种气体？
分子动理论知识点
分子动理论知识点分子动理论知识点1、分子动理论〔1〕物质是由大量分子组成的分子直径的数量级一般是10-10m。
〔2〕分子永不停息地做无规那么热运动。
①扩散现象：不同的物质互相接触时，可以彼此进入对方中去。
温度越高，扩散越快。
②布朗运动：在显微镜下看到的悬浮在液体〔或气体〕中微小颗粒的无规那么运动，是液体分子对微小颗粒撞击作用的不平衡造成的，是液体分子永不停息地无规那么运动的宏观反映。
颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显。
〔3〕分子间存在着互相作用力分子间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间间隔增大而减小，但斥力的变化比引力的变化快，实际表现出来的是引力和斥力的合力。
2、物体的内能〔1〕分子动能：做热运动的分子具有动能，在热现象的研究中，单个分子的动能是无研究意义的，重要的是分子热运动的平均动能。
温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
〔2〕分子势能：分子间具有由它们的相对位置决定的势能，叫做分子势能。
分子势能随着物体的体积变化而变化。
分子间的作用表现为引力时，分子势能随着分子间的间隔增大而增大。
分子间的作用表现为斥力时，分子势能随着分子间间隔增大而减小。
对实际气体来说，体积增大，分子势能增加；体积缩小，分子势能减小。
〔3〕物体的内能：物体里所有的分子的动能和势能的总和叫做物体的.内能。
任何物体都有内能，物体的内能跟物体的温度和体积有关。
〔4〕物体的内能和机械能有着本质的区别。
物体具有内能的同时可以具有机械能，也可以不具有机械能。
3、改变内能的两种方式〔1〕做功：其本质是其他形式的能和内能之间的互相转化。
〔2〕热传递：其本质是物体间内能的转移。
〔3〕做功和热传递在改变物体的内能上是等效的，但有本质的区别。
4、热力学第一定律〔1〕内容：物体内能的增量〔ΔU〕等于外界对物体做的功〔W〕和物体吸收的热量〔Q〕的总和。
〔2〕表达式：W+Q=ΔU〔3〕符号法那么：外界对物体做功，W取正值，物体对外界做功，W取负值；物体吸收热量，Q取正值，物体放出热量，Q取负值；物体内能增加，ΔU取正值，物体内能减少，ΔU取负值。
气体分子运动理论
学科：物理教学内容：气体分子运动理论【根底知识精讲】1.气体分子运动的特点(1)气体分子之间的距离很大,距离大约是分子直径的10倍,因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,气体分子不受力的作用,在空间自由移动.气体能充满它们所能到达的空间,没有一定的体积和形状.(2)每个气体分子都在做永不停息的运动,大量气体分子频繁地发生碰撞使每个气体分子都在做杂乱无章的运动.(3)大量气体分子的杂乱无章的热运动,在宏观上表现出一定的规律性.①气体分子沿各个方向运动的数目是相等的.②对于任一温度下的任何气体来说,多数气体分子的速率都在某一数值范围之内,比这一数值范围速率大的分子数和比这一数值范围速率小的分子数依次递减.速率很大和速率很小的分子数都很少.在确定温度下的某种气体的速率分布情况是确定的.在温度升高时,多数气体分子所在的速率范围升高,而且在这一速度范围的分子数增多.2.气体压强的产生(1)气体压强的定义气体作用在器壁单位面积上的压力就是气体的压强,即P=F/S.(2)气体压强的形成原因气体作用在器壁上的压力是由碰撞产生的,一个气体分子和器壁的碰撞时间是极其短暂的.它施于器壁的作用力是不连续的,但大量分子频繁地碰撞器壁,从宏观上看,可以认为气体对器壁的作用力是持续的、均匀的.(3)气体压强的决定因素①分子的平均动能与密集程度从微观角度来看,气体分子的质量越大,速度越大,即分子的平均动能越大,每个气体分子撞一次器壁对器壁的作用力越大,而单位时间内气体分子撞击器壁的次数越多,对器壁的总压力也越大,而撞击次数又取决于单位体积内分子数(分子的密集程度)和平均动能(分子在容器中往返运动着,其平均动能越大,分子平均速率也越大,连续两次碰撞某器壁的时间间隔越短,即单位时间内撞击次数越多),所以从微观角度看,气体的压强决定于气体的平均动能和密集程度.②气体的温度与体积从宏观角度看,一定质量的气体的压强跟气体的体积和温度有关.对于一定质量的气体,体积的大小决定分子的密集程度,而温度的上下是分子平均动能的标志.(4)几个问题的说明①在一个不太高的容器中,我们可以认为各点气体的压强相等的.②气体的压强经常通过液体的压强来反映.③容器内气体压强的大小与气体的重力无关,这一点与液体的压强不同(液体的压强是由液体的重力造成的).这是由于一般容器内气体质量很小,且容器高度有限,所以不同高度处气体分子的密集程度几乎没有差异.所以气体的压强处处相等,即压强与重力无关.④对于地球大气层这样的研究对象,由于不同高度处气体分子的密集程度不同,温度也有明显差异,所以不同高度差处气体的压强是不同的.这种情况下气体的压强与重力有关.3.对气体实验定律的微观解释(1)玻意耳定律的微观解释①一定质量的气体,温度保持不变,从微观上看表示气体分子的总数和分子平均动能保持不变,因此气体压强只跟单位体积内的分子数有关.②气体发生等温变化时,体积增大到原来的几倍,单位体积内的分子数就减少到原来的几分之一,压强就会减小到原来的几分之一；体积减小到原来的几分之一,单位体积内的分子数就会增加到原来的几倍,压强就会增大到原来的几倍,即气体的压强和体积的乘积保持不变.(2)查理定律的微观解释①一定质量的理想气体,体积保持不变时,从微观上看表示单位体积内的分子数保持不变,因此气体的压强只跟气体分子的平均动能有关.②气体发生等容变化时,温度升高,气体分子的平均动能增大,气体压强会跟着增大；温度降低,气体分子的平均动能减小,气体压强会跟着减小.(3)盖·吕萨克定律的微观解释①一定质量的理想气体,压强不变时,从微观上看是单位体积内分子数的变化引起的压强变化与由分子的平均动能变化引起的压强变化相互抵消.②气体发生等压变化时,气体体积增大,单位体积内的分子数减小,会使气体的压强减小,气体的温度升高,气体分子的平均动能增大,才能使气体的压强增大来抵消由气体体积增大而造成的气体压强的减小；相反,气体体积减小,单位体积内的分子数增多,会使气体的压强增大,只有气体的温度降低,气体分子的平均动能减小,才能使气体的压强减小来抵消由气体体积减小而造成的气体压强的增大.4.理想气体内能及变化理想气体,是我们在研究气体性质时所建立的理想模型,它指的是不考虑气体分子间相互作用力,这是由于气体分子间距离较远,已超过10r0,故可忽略气体分子间作用力,这样理想气体的内能就取决于分子的总数目和分子的平均动能,而分子的数目又由气体的摩尔量决定,分子的平均动能的标志是气体的温度,所以理想气体的内能就可用摩尔量和温度这两个宏观物理量来衡量了,而对于一定质量的理想气体而言,它的内能只由温度来衡量.也就是说,对一定质量的理想气体,它的内能是否发生变化,只需看它的温度是否变化了就可以了,温度升高,内能增大；温度降低,内能减小.理想气体做功与否,只需观察它的体积,假设体积增大,那么气体对外界做功；体积减小,那么外界对气体做功.根据能的转化和守恒定律,一定质量的理想气体的内能的改变量等于气体吸收的热量与外界对气体做功之和,即△E=Q+W.【重点难点解析】重点气体压强的产生和气体实验定律的微观解释.难点用统计的方法分析气体分子运动的特点.例 1 一定质量的理想气体,当体积保持不变时,其压强随温度升高而增大,用分子动理论来解释,当气体的温度升高时,其分子的热运动加剧,因此：①；②从而导致压强增大.解析气体的压强是由大量的气体分子频繁碰撞器壁产生的,压强的大小决定于单位体积内的分子数和分子的平均动能,一定质量的理想气体,体积不变时,单位体积内分子数不变；温度升高时,分子运动加剧,与器壁碰撞速率增大,冲力增大,同时碰撞时机增多,故压强变大.答案 ①分子每次碰撞器壁时给器壁的冲力增大 ②分子在单位时间对单位面积器壁碰撞次数增多.说明 此题主要考查气体压强的微观解释.分析时要结合分子动理论,压强产生原因综合分析.正确理解决定压强的两个因素是关键.例2.一个密闭的绝热容器内,有一个绝热的活塞将它隔成AB 两局部空间,在A 、B 两局部空间内封有相同质量的空气,开始时活塞被销钉固定.A 局部气体的体积大于B 局部气体的体积,温度相同,如以下图所示.假设拔出销钉后,到达平衡时,A 、B 两局部气体的体积V A 与V B 的大小,有( )A.V A ＞V BB.V A =V BC.V A ＜V BD.条件缺乏,不能确定解析 对气体压强大小决定因素的理解和物理过程物理情境的分析是正确解决此题的关键.初态两气体质量相同,V A ＞V B ,因此气体分子数密度不同,ρA ＜ρB ,又由于温度相同,根据气体压强的决定因素可知P A ＜P B .当活塞销钉拿掉,由于ρA ＜ρB ,所以活塞向A 气方向移动,活塞对A 气做功,B 气对活塞做功,导致A 气体密度增加.温度升高,而B 气体密度减小,温度降低,直至P A ′=P B ′,此时T A ′＞T B ′.又由于最终两边气体压强相等活塞才能静止,而两边气体质量相等,A 气温度高于B 气,两边压强要想相等,只有A 气体密度小于B 气体密度,故最终一定是V A ′＞V B ′,A 选项正确.答案 A 正确说明 此题假设对气体压强大小决定因素不理解,又不清楚销钉拔掉后物理情境的变化,极易错选B 或C.【难题巧解点拨】例1 对于一定质量的理想气体,以下四个论述中正确的选项是( )A.当分子热运动变剧烈时,压强必变大B.当分子热运动变剧烈时,压强可以不变C.当分子间的平均距离变大时,压强必变小D.当分子间的平均距离变大时,压强必变大解析 对于理想气体：①分子热运动的剧烈程度由温度上下决定；②分子间的平均距离由气体体积决定；③对于一定量的理想气体,TPV =恒量. A 、B 选项中,“分子热运动变剧烈〞说明气体温度升高,但气体体积变化情况未知,所以压强变化情况不确定,A 错误B 正确.C 、D 选项中,“分子间的平均距离变大〞说明气体体积变大,但气体温度变化情况未知,故不能确定其压强变化情况,C 、D 均错误.答案 选B.点评 此题考查分子运动理论和理想气体状态的简单综合.注意从分子运动理论深刻理解理想气体的三个状态参量,从状态方程判定三个参量之间的变化关系.例2 如以下图所示,直立容器内容部有被隔板隔开的A、B两局部气体,A的密度小,B 的密度大,抽去隔板,加热气体,使两局部气体均匀混合,设在此过程气体吸热Q,气体内能增量为△E,那么( )A.△E=QB.△E＜QC.△E＞QD.无法比拟解析 A、B气体开始的合重心在中线下,由于气体分子永不信息地运动,抽去隔板后,A、B两局部气体均在整个容器中均匀分布,因此合重心在中线处,造成重力势能增大,由能量守恒定律得：吸收热量一局部增加气体的内能,一局部增加重力势能,所以B正确.答案选B.点评此题要综合应用气体分子运动论和能量守恒定律的知识求解.【典型热点考题】例让一定质量的理想气体发生等温膨胀,在该过程中( )A.气体分子平均动能不变B.气体压强减小C.气体分子的势能减小D.气体密度不变解析温度是物体分子平均动能的标志,温度不变,气体分子平均动能不变,所以A正确,由密度定义及题意得到D错误；理想气体没有分子势能,故C错；由玻意耳定律知气体等温膨胀时其压强减小.答案选AB.【同步达纲练习】1.质量一定的某种气体,在体积保持不变的情况下,将气体的温度由-13℃升高到17℃,那么保持不变的是( )A.压强B.分子的平均速率C.分子的平均动能D.气体密度2.气体的压强是由以下哪种原因造成的( )A.气体分子对器壁的吸引力B.气体分子对器壁的碰撞力C.气体分子对器壁的排斥力D.气体的重力3.一定质量的理想气体,在压强不变的条件下,体积增大,那么( )A.气体分子的平均动能增大B.气体分子的平均动能减小C.气体分子的平均动能不变D.条件缺乏,无法判定气体分子平均动能的变化情况4.在一定温度下,当气体的体积减小时,气体的压强增大,这是由于( )A.单位体积内的分子数变大,单位时间内对器壁碰撞的次数增多B.气体分子密度变大,分子对器壁的吸引力变大C.每个气体分子对器壁的平均撞击力变大D.气体分子的密度变大,单位体积内分子的重量变大5.两容积相等的容器中,分别装有氢气和氧气,且两容器中的气体质量相等,温度相同,那么此两容器中( )A.氧分子的平均速率与氢分子的平均速率相等B.氧分子平均速率比氢分子的平均速率小C.氧分子的个数比氢分子的个数多D.氧分子的个数和氢分子的个数相等6.对一定质量的理想气体,以下说法正确的选项是( )A.压强增大,体积增大,分子的平均动能一定增大B.压强减小,体积减小,分子的平均动能一定增大C.压强减小,体积增大,分子的平均动能一定增大D.压强增大,体积减小,分子的平均动能一定增大【素质优化练习】1.当两容器中气体的温度、压强、体积都相同时,下面说法正确的选项是( )A.两者是同种气体B.两者气体质量一定相同C.两者气体含有的热量相同D.两者具有相同的分子数2.高山上某处的气压为0.40atm,气温为-30℃,那么该处每立方厘米大气中的分子数为 .(阿伏加得罗常数为6.0×1023mol-1,在标准状态下1mol气体的体积为22.4L.〔〕3.如以下图所示的状态变化曲线是一定质量气体的变化图线,从a→b是一条双曲线,那么气体从b→c的过程中气体分子的密度 ,从c→a过程中气体分子的平均动能__________(填“增大〞、“减小〞或“不变〞)4.根据气体分子动理论,可以从微观上来解释玻意耳定律：一定质量的某种气体温度保持不变,也就是分子的和不变,即每个分子平均一次碰撞器壁的冲量；在这种情况下,体积减小,分子增大,单位时间内,碰撞到器壁单位面积上的分子个数 ,从而导致压强增大.【生活实际运用】1.一个细口瓶开口向上放置,细口瓶的容积为1升,周围环境的大气压强为1个标准大气压.当细口瓶内空气温度从原来的0℃升高到10℃时,瓶内气体分子个数减少了多少个?阿伏加得罗常数N A=6.0×1023mol-1,要求一位有效数字.【知识验证实验】用分子动理论解释气体实验定律根本的思维方法是：依据描述气体状态的宏观物理量(m、p、V、T)与表示气体分子运动状态的微观物理量(N、n、v)间的相关关系,从气体实验定律成立的条件所描述的宏观物理量(如m一定和T不变)推出相关不变的微观物理量(如N一定和v不变),再根据宏观自变量(如V)的变化推出微观自变量(如n)的变化,再依据推出的有关微观量(如v和n)变与不变的情况推出宏观因变量(如p)的变化情况.【知识探究学习】如以下图所示,一定质量的理想气体由状态a 经状态b 变化到状态c,其变化过程如下图,以下说法正确的选项是( )A.ab 过程吸热大于bc 过程放热B.ab 过程吸热小于bc 过程放热C.ab 过程吸热大于bc 过程吸热D.ab 过程吸热小于bc 过程吸热提示：①a →b 是等压过程∵V B ＞V A ∴T B ＞T A∴a →b 过程,气体对外做功且内能增加,气体吸收热量②b →c 是等容过程 ∵P C ＜P B ∴T C ＜T Bb →c 过程气体不对外界做功,外界也不对气体做功,但气体内能减小,所以b →c 气体放热 ③由TPV =恒量及图像知T A =T C ,故a →b →c 的全过程中内能没有变化,综上所述a →b →c 中,气体对外做功,由能量守恒定律得a →b →c 过程中气体吸热,结合前面分析,ab 过程吸热一定大于bc 过程放热.所以选项A 正确.参考答案：【同步达纲练习】1.D2.B3.A4.A5.B6.A【素质优化练习】1.D2.1.2×1019个3.减小；减小4.质量,热运动平均速率,不变,数密度,增多.【生活实际运用】提示 ρ2T 2=ρ1T 1 ∴ρ2=21T T ρ1 那么n 2=21T T n 1△n=(n 1-n 2)= 212T T T -×4.221×6.02×1023=4.2228302.6⨯×1023≈1×1020个。
气体分子动理论7700023页PPT文档
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m gh
P
n n0e RT n0e kT n0e kT
分析书上例5
气体分子动理论
五、气体分子的碰撞频率和平均自由程
气体分子动理论
五、气体分子的碰撞频率和平均自由程
Z 2d2nv
v
Z
21d2n
kT
2d2p
了解气体内的迁移现象，理解其宏观规律和微观本 质！（自学）
气体分子动理论
本课时教学基本要求
1、掌握理想气体状态方程并能用它计算有关 气体的状态量。 2、理解理想气体的微观模型和统计假设。理 解压强和温度两个宏观量的微观本质。 3、理解能量均分定理和热力学能的概念。掌 握理想气体热力学能的特点并能熟练地进行计 算。
气体分子动理论
研究对象：气体分子和气体系统 介绍几个基本概念： 【微观量】描述单个分子的物理量，如分子的速度、质量、 平均动能等 【宏观量】描述整个系统的物理量，如气体的温度、压强、 热力学能等
理想气体的压强和温度
一、了解分子力与分子力曲线
气体分子动理论
二、理想气体的微观模型：（三点，详见书P168页） 三、统计假设：空间各向同性 四、压强公式的推导： （详见书169-170页）
p
2 3
n
t
t
1 mv2 2
平均平动动能
气体分子动理论
五、温度公式：
t
3kT 2
温度是理想气体分平 子均 的平动动能的量度
解：由统计平均值的定义：
v 3 s-1
N
t
N i(1 2mi2)v 1m v22.6 1 10 2J 1 N2
气体分子动理论
平衡态 状态参量 理想气体
第16章 气体分子动理论
（1）.一个分子对dS 的一次碰撞
设该分子速度为 v, 碰i 撞后
子动 量vix的改变量为
v不iy变及，viz 变为
v
，则分
ix
( mv ix ) mv ix 2mv ix vixdt
ds
x
ds 所受冲量为 2mv ix
（2）. dt 内所有分子对 ds 的
作用
① v组i 分子对ds 的作用
体积为 vixdtds 的斜柱体内所有分子都与ds 相碰撞.
------称为热力学。
优点：可靠、普遍。
缺点：未揭示热现象的微观本质。
2.微观法： 物质的微观结构 + 力学规律+统计方
法 ------称为统计物理学
其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论)
优点：揭示了热现象的微观本质。
缺点：可靠性、普遍性差。
第十六章 气体分子动理论
16-1 气体的状态参量 平衡态
二 状态参量
对一定量的给定气体的状态，常用气体的体积V， 压强P，温度T三个物理量描述。把这三个标志气 体状态的物理量叫状态参量。
1 体积V：气体分子所能达到的空间，也就是容 纳气体的容器的容积
2 压强P：气体分子施予器壁单位面积上的垂直压力
1atm＝76cmHg＝1.013×105Pam
3 温1t度orTr：=1宏3观3.3上2表Pa征物体冷热程度，微观上反映大量 分子热运动激烈程度。 只有在平衡态时，状态参量才具有一定的量值， 否则不确定。
第十六章 气体分子动理论
dt 时间内，能与面元ds相碰的速度为 v的i 分子数
为 ni vixdtds
ds所受冲量为 nivixdtds 2mvix 2mnivix2dtds
气体动理论知识点总结
气体动理论知识点总结简介气体动理论是研究气体分子运动和相应的宏观性质的一门学科，它为气体力学、热力学、物理化学等学科提供了理论基础。
本文将从气体分子运动、状态方程、麦克斯韦速度分布定律、运动学理论、能量分配等方面进行详细阐述。
气体分子运动气体分子运动是气体动理论研究的核心内容，它是气体宏观性质的微观基础。
气体分子的运动状态大致可以由速度、位置、能量和运动方向等参数确定。
其中，气体分子的平均速度和平均动能是气体动理论所研究的重要内容。
气体的平均速度可以通过麦克斯韦速度分布定律求解，它描述了气体分子速度在不同方向上的分布情况。
麦克斯韦速度分布定律表明，气体分子的速度服从麦克斯韦-波尔兹曼分布，即$$f(v)=4\pi(\frac{m}{2\pi kT})^{\frac{3}{2}}v^2e^{-\frac{mv^2}{2kT}},$$其中，$f(v)$表示速度为$v$的气体分子在速度空间中的密度，$m$为分子质量，$k$为玻尔兹曼常数，$T$为温度。
气体分子的平均速度可以用麦克斯韦速度分布定律求算，它的表达式为$$\bar{v}=\sqrt{\frac{8kT}{\pi m}}.$$气体分子的平均动能同样可以用温度、分子质量和玻尔兹曼常数表示为$$\bar{E_k}=\frac{3}{2}kT.$$状态方程状态方程是气体动理论研究的另一个重要内容，它描述了气体在不同温度、压强下的状态。
热力学气体状态方程的一般形式为$$PV=nRT,$$其中，$P$表示气体压强，$V$为气体体积，$n$表示气体摩尔数，$T$为气体温度，$R$为气体常数。
可以通过研究气体微观特性，推导出不同热力学气体状态方程。
对于理想气体，由于气体分子之间没有相互作用力，可以用下列状态方程来描述$$PV=nRT,$$其中，$P$表示气体压强，$V$表示气体体积，$n$为摩尔数，$R$为气体常数，$T$为气体的热力学温度。
麦克斯韦速度分布定律麦克斯韦速度分布定律是描述气体分子运动速度分布的定律，在研究气体分子运动性质、气体热力学性质等方面有重要的应用。
第十六章气体分子动理论
第十六章气体分子动理论16-1 已知某理想气体分子的方均根速率为400 m·s-1．当其压强为1 atm时，求气体的密度．（答案：1.90 kg/m3）16-2 容器内有M = 2.66 kg氧气，已知其气体分子的平动动能总和是E K=4.14×105 J，求：(1) 气体分子的平均平动动能；(2) 气体温度．(阿伏伽德罗常量N A＝6.02×1023 /mol，玻尔兹曼常量k＝1.38×10-23 J·K-1 )（答案：8.27×10-21J；400 K）16-3 容积V＝1 m3的容器内混有N1＝1.0×1025个氢气分子和N2＝4.0×1025个氧气分子，混合气体的温度为400 K，求：(1) 气体分子的平动动能总和．(2) 混合气体的压强．(普适气体常量R＝8.31 J·mol-1·K-1 )（答案：4.14×105J；2.76×105 Pa）16-4 1 kg某种理想气体，分子平动动能总和是1.86×106J，已知每个分子的质量是3.34×10-27 kg，试求气体的温度．（玻尔兹曼常量k＝1.38×10-23 J·K-1）（答案：300 K）16-5 一瓶氢气和一瓶氧气温度相同．若氢气分子的平均平动动能为w= 6.21×10-21 J．试求：(1) 氧气分子的平均平动动能和方均根速率．(2) 氧气的温度．(阿伏伽德罗常量N A＝6.022×1023 mol-1，玻尔兹曼常量k＝1.38×10-23 J·K-1)（答案：6.21×10-21 J，483 m/s；300 K）16-6 一容积为10 cm3的电子管，当温度为300 K时，用真空泵把管内空气抽成压强为5×10-6 mmHg的高真空，问此时管内有多少个空气分子？这些空气分子的平均平动动能的总和是多少？平均转动动能的总和是多少？平均动能的总和是多少？(760 mmHg＝1.013×105 Pa，空气分子可认为是刚性双原子分子) (波尔兹曼常量k=1.38×10-23J/K)（答案：1.61×1012个；10-8 J；0.667×10-8 J；1.67×10-8 J）16-7 容积为20.0 L(升)的瓶子以速率v＝200 m·s-1匀速运动，瓶子中充有质量为100g 的氦气．设瓶子突然停止，且气体的全部定向运动动能都变为气体分子热运动的动能，瓶子与外界没有热量交换，求热平衡后氦气的温度、压强、内能及氦气分子的平均动能各增加多少?(摩尔气体常量R＝8.31 J·mol-1·K-1，玻尔兹曼常量k＝1.38×10-23 J·K-1)（答案：6.42 K，6.67×10-4 Pa，2.00×103 J，1.33×10-22 J）16-8 一密封房间的体积为5×3×3 m3，室温为20 ℃，室内空气分子热运动的平均平动动能的总和是多少？如果气体的温度升高 1.0Ｋ，而体积不变，则气体的内能变化多少？气体分子的方均根速率增加多少？已知空气的密度ρ＝1.29 kg/m3，摩尔质量M mol＝29×10-3 kg /mol，且空气分子可认为是刚性双原子分子．（普适气体常量R＝8.31 J·mol-1·K-1)（答案： 7.31×106 J ；4.16×104 J ；0.856 m/s ）16-9 有 2×10-3 m 3刚性双原子分子理想气体，其内能为6.75×102 J ．(1) 试求气体的压强；(2) 设分子总数为 5.4×1022个，求分子的平均平动动能及气体的温度． (玻尔兹曼常量k ＝1.38×10-23 J ·K -1)（答案：1.35×105 Pa ；7.5×10－21J ，362k ）16-10 一超声波源发射超声波的功率为10 W ．假设它工作10 s ，并且全部波动能量都被1 mol 氧气吸收而用于增加其内能，则氧气的温度升高了多少？(氧气分子视为刚性分子，普适气体常量R ＝8.31 J ·mol -1·K -1 )（答案：4.81 K ）16-11 储有1 mol 氧气，容积为1 m 3的容器以v ＝10 m ·s -1 的速度运动．设容器突然停止，其中氧气的80％的机械运动动能转化为气体分子热运动动能，问气体的温度及压强各升高了多少？(氧气分子视为刚性分子，普适气体常量R ＝8.31 J ·mol -1·K -1 )（答案：0.062 K ，0.51 Pa ）16-12 水蒸气分解为同温度T 的氢气和氧气H 2O →H 2＋21O 2 时，1摩尔的水蒸气可分解成1摩尔氢气和21摩尔氧气．当不计振动自由度时，求此过程中内能的增量．（答案：(3 / 4)RT ）16-13 容器内有11 kg 二氧化碳和2 kg 氢气(两种气体均视为刚性分子的理想气体)，已知混合气体的内能是8.1×106 J ．求：(1) 混合气体的温度；(2) 两种气体分子的平均动能．(二氧化碳的M mol ＝44×10-3 kg ·mol -1 ,玻尔兹曼常量k ＝1.38×10-23 J ·K -1摩尔气体常量R ＝8.31 J ·mol -1·K -1 )（答案：300 K ；1.24×10-20 J ，1.04×10-20 J ）16-14 当氢气和氦气的压强、体积和温度都相等时，求它们的质量比()()e H H 2M M 和内能比()()e H H 2E E ．（将氢气视为刚性双原子分子气体） （答案：1/2，5/3）16-15 有N 个粒子，其速率分布函数为：f ( v ) = c ( 0≤v ≤v 0)f ( v ) = 0 ( v ＞v 0)试求其速率分布函数中的常数c 和粒子的平均速率（均通过v 0表示）．（答案：c = 1 / v 0，v 0/2）16-16 由N 个分子组成的气体，其分子速率分布如图所示． (1) 试用N 与0v 表示a 的值．(2) 试求速率在1.50v ～2.00v 之间的分子数目． (3) 试求分子的平均速率．（答案：a = ( 2 /3 ) ( N /v 0)；N 31；11 v 0 /9）16-17 导体中自由电子的运动可看成类似于气体中分子的运动．设导体中共有N 个自由电子，其中电子的最大速率为v m ，电子速率在v ～v + d v 之间的概率为 ⎩⎨⎧=0d d 2v v A N N 式中A 为常数．(1) 用N ，v m 定出常数A ；(2) 试求导体中N 个自由电子的平均速率．（答案：3v 3mA =；m v 43）16-18 质量m ＝6.2 ×10-17 g 的微粒悬浮在27℃的液体中，观察到悬浮粒子的方均根速率为1.4 cm ·s -1．假设粒子速率服从麦克斯韦速率分布，求阿伏伽德罗常数．(普适气体常量R ＝8.31 J ·mol -1·K -1 )（答案：6.15×1023 mol -1）16-19 一氧气瓶的容积为V ，充了气未使用时压强为p 1，温度为T 1；使用后瓶内氧气的质量减少为原来的一半，其压强降为p 2，试求此时瓶内氧气的温度T 2及使用前后分子热运动平均速率之比21/v v ．（答案：T 2=2 T 1p 2 / p 1；21212v v P P =）16-20 某种理想气体在温度为 300 K 时，分子平均碰撞频率为=1Z 5.0×109 s -1．若保持压强不变，当温度升到 500 K 时，求分子的平均碰撞频率2Z ．（答案：3.87×109 s -1）16-21 已知氧分子的有效直径d = 3.0×10-10 m ，求氧分子在标准状态下的分子数密度n ，平均速率v ，平均碰撞频率Z 和平均自由程λ．（玻尔兹曼常量k = 1.38×10-23 J ·K -1, 普适气体常量R = 8.31 J ·mol -1·K -1）（答案：2.69×1025 m -3；4.26×102 m/s ；4.58×109 s -1；9.3×10-8 m ）16-22 一显像管内的空气压强约为1.0×10-5 mmHg ，设空气分子的有效直径d = 3.0×10-10 m ，试求27℃时显像管中单位体积的空气分子的数目、平均自由程和平均碰撞频率． 00 0≤v ≤v mv >v m（空气的摩尔质量28.9×10-3 kg/mol, 玻尔兹曼常量k = 1.38×10-23 J ·K -1 760 mmHg = 1.013×105 Pa ）（答案：3.22×1017 m -3；7.8 m ；60 s -1）16-23 今测得温度为t 1＝15℃，压强为p 1＝0.76 m 汞柱高时，氩分子和氖分子的平均自由程分别为：Ar λ＝ 6.7×10-8 m 和Ne λ=13.2×10-8 m ，求：(1) 氖分子和氩分子有效直径之比d Ne / d Ar ＝？(2) 温度为t 2＝20℃，压强为p 2＝0.15 m 汞柱高时，氩分子的平均自由程/Ar λ＝？（答案：d Ne / d Ar = 0.71；3.5×10-7 m ）。
分子动理论基本内容和公式
分子动理论基本内容和公式我们都知道运动的物体运动情况是相对的，在组成物体的分子物质中也是存在运动的，也就是分子动理论。
高中网校的物理老师称，分子动理论是同学们学习热学的知识点中最为基本的原理。
那么本文中酷课网的物理老师就详细帮助同学们介绍一下分子动理论基本内容和公式。
分子动理论分子动理论的基本内容:(1)物质是由大量分子组成的(2)分子永不停息地做无规则热运动(3)分子之间存在着相互作用的引力和斥力。
分子动理论的公式:设阿伏伽德罗常数为NA,物体体积为V，物体质量为m，物质密度为ρ，摩尔体积为Vmol，摩尔质量为M，分子体积为V0，分子质量为m0，分子数为n。
(1)分子的质量m0=M / NA=Vmolρ / NA(2)分子数n=mNA /M=VNA/Vmol=VρNA/M=mNA/ρVmol(3)固体、液体分子体积V0和直径dV0=Vmol / NA=M / ρNA=1/(6πd)∧3，的d=3√(6V0/π)气体分子动理论:人们从分子运动的微观模型出发，给出某些简化的假定，结合概率和统计力学的知识，提出了气体分子动理论(kinetic theory of gases)，其主要如下：(1)气体是由分子组成的，分子是很小的粒子，彼此间的距离比分子的直径(十的负十次方)大许多，分子体积与气体体积相比可以略而不计。
(2)气体分子以不同的速度在各个方向上处于永恒的无规则运动之中。
典型事例是扩散现象、布朗运动(均为间接体现)。
布朗运动表面体现了宏观微粒的无规则运动，实际反映出微观分子的无规则运动。
(3)除了在相互碰撞时，气体分子间相互作用是很微弱的，甚至是可以忽略的。
(4)气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹性碰撞。
(5)分子的平均动能与热力学温度成正比。
(6)分子间同时存在着相互作用力。
分子间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小(分子间距越大，引力和斥力都越小;分子间距越小，引力和斥力都越大)。
分子动理论的主要内容是什么
分子动理论的主要内容是什么
分子动理论是描述气体、液体和固体微观结构和性质的理论框架，其主要内容包括以下几点：
1. 分子模型：分子动理论假设物质是由大量微观粒子（如分子、原子等）组成的。
这些微观粒子在空间中不断运动，并且彼此之间存在相互作用。
2. 分子运动：分子动理论认为，物质的宏观性质（如压强、温度等）是由微观粒子的运动状态决定的。
分子在空间中做各种随机运动，包括平动、转动和振动等。
3. 碰撞：分子之间存在相互作用力，它们会不断地发生碰撞。
碰撞导致分子的能量转移和动量变化，从而影响物质的宏观性质。
4. 理想气体模型：分子动理论假设理想气体中的分子是无限小的、质量可以忽略不计的硬球，它们之间不存在相互作用力。
根据这些假设，可以推导出理想气体的状态方程和热力学性质。
5. 宏观性质的解释：分子动理论可以解释许多宏观性质，如气体的压强、体积、温度等，以及相变过程中的能量转移和吸放热等现象。
6. 热力学规律：分子动理论与热力学定律相一致，如玻意耳定律、查理定律、阿伏伽德罗定律等。
总的来说，分子动理论是描述物质微观结构和性质的重要理论框架，它通过研究微观粒子的运动状态和相互作用来解释物质的宏观性质和行为。
气体分子动理论
气体分子动理论气体分子动理论是指根据分子动力学原理来描述气体分子的运动和行为的理论。
它的提出和发展对于解释气体的物理性质和行为具有重要的意义。
本文将就气体分子动理论的起源、基本假设和应用等方面进行探讨。
一、气体分子动理论的起源气体分子动理论的起源可以追溯到19世纪。
在那个时候，科学家们对气体的行为和性质提出了许多疑问。
为了解释这些现象，克劳修斯和麦克斯韦等科学家开始研究气体分子的运动规律，并提出了气体分子动理论。
二、气体分子动理论的基本假设气体分子动理论的基本假设有以下几点：1. 气体分子是微小的无质量的粒子，它们之间没有相互作用。
2. 气体分子的运动是完全混乱的，没有任何规律性。
3. 气体分子之间的碰撞是弹性碰撞，即在碰撞过程中能量守恒、动量守恒。
4. 气体分子之间的平均距离远大于分子本身的大小。
这些假设为描述气体的性质和行为提供了基础。
三、气体分子动理论的应用气体分子动理论在许多方面都有广泛的应用，下面将就几个重要的应用领域进行介绍。
1. 描述气体的物态变化：根据气体分子动理论，当气体受到加热时，分子的平均动能增加，分子之间的碰撞频率和力量都会增加，从而导致气体的压强增加。
当气体受到冷却时，则相反。
2. 热力学理论的基础：气体分子动理论为热力学的发展提供了理论基础。
根据理论的推导，可以得到诸如理想气体状态方程和分子平均动能与温度的关系等重要的热力学性质。
3. 涨落理论：根据气体分子动理论，气体分子的运动是混乱的，因此气体在微观尺度上会存在一定的涨落。
这种涨落现象不仅在气体中存在，在固体和液体中也同样适用。
4. 扩散和输运现象：气体分子动理论对于扩散和输运现象的研究有很大的帮助。
通过分析气体分子的速度和运动方式，可以更好地理解扩散和输运的原理和机制。
总结：气体分子动理论是对气体分子运动和行为进行描述的理论。
它的起源可以追溯到19世纪，科学家们根据气体的性质和行为提出了基本假设，并在许多领域中得到了应用。
气体分子动理论教学课件
1. 实验原理：介绍气体粘度的概念和影响因素，以及实验测定的基本原理，包括使用粘度计进行测量和数据处理的过程。
2. 实验操作与技巧：详细描述实验操作过程和需要注意的技巧，包括如何保证实验结果的准确性和可靠性。
3. 数据分析方法：介绍如何对实验数据进行处理和分析，包括粘度的计算、误差分析、拟合曲线等，并解释这些数据与气体分子动理论之间的关系。
气体分子动理论在许多领域都有广泛的应用，如化学反应动力学、气态和液态的物性研究、材料科学等。
分子动理论建立在以下基本概念之上
分子的碰撞：气体分子之间会发生频繁的碰撞，碰撞过程中能量和动量都会发生交换。
分子的无规则运动：气体分子不断进行无规则的热运动，这种运动服从玻尔兹曼分布。
分子的平均自由程：分子在两次连续碰撞之间的平均距离称为平均自由程，它与分子的速度和气体分子的密度有关。
单位时间内分子发生的碰撞次数称为碰撞频率。
碰撞频率
分子平均自由程
气体分子在不同温度下具有不同的能量分布，描述这种分布的函数称为能量分布函数。
能量分布
分子的速率分布函数描述了不同速率下的气体分子所占的比例。
速率分布
03
CHAPTER
气体分子动理论的应用
气体粘度是描述气体流动时内摩擦力的物理量，与温度密切相关。
气体分子动理论教学课件
目录
气体分子动理论概述气体分子动理论的基本原理气体分子动理论的应用气体分子动理论的实验验证气体分子动理论的发展与展望气体分子动理论教学案例分析
01
CHAPTER
气体分子动理论概述
气体分子动理论是物理学中的一个重要分支，它研究气体分子在运动状态下的行为和相互作用。
该理论主要关注气体分子的平均自由程、碰撞频率、能量分布等统计性质，以及气体分子与其他粒子或表面之间的相互作用机制。
第十六章气体分子动理论
第十六章气体分子动理论◆本章学习目标本章以气体为研究对象，从气体分子热运动观点出发，运用统计方法来研究大量气体分子的热运动规律，并对理想气体的热学性质给予微观说明。
◆本章教学内容1．物质的微观模型；2．理想气体的压强和温度的微观本质；3．能量均分定理；4．麦克斯韦气体分子速率分布率；5．分子平均自由程，碰撞次数；6．非平衡态下气体内的迁移现象。
◆本章教学重点平衡态，理想气体压强公式及分子平均平动动能，麦克斯韦分布函数，平均速率，方均根速率，最概然速率，自由度，能量均分定理，碰撞截面，平均碰撞频率，平均自由程。
◆本章教学难点理想气体压强公式、速率分布函数。
◆本章学习方法建议及参考资料1．热学是大学物理重要的一部分，在学习分子动理论时要特别强调由大量分子构成的系统所遵从的统计规律的特点，培养学生的辩证思维。
2．在本课程的教学过程中，应针对大学新生普遍对大学的教法不适应，且自学能力较差等情况，对学生进行学习方法的指导，培养学生的自学能力。
3．为了培养学生分析问题和解决问题的能力，本课程应讲解适当的例题和安排一定的习题课，使学生学会正确地运用所学知识解决实际问题，同时要布置适量的习题和思考题，引导学生深入钻研物理概念，牢固掌握基础知识。
4．充分利用多媒体教学手段，注意在教学过程中使用电子教案与黑板的结合，并在课堂教学中注重启发式教学，组织课堂讨论、课堂提问等。
主要参考资料1.《物理学》，马文蔚等编，高等教育出版社，20022.《热学》，李椿等编，高等教育出版社，19903.《新概念物理教程·热学》，赵凯华等编，高等教育出版社，19983.《〈普通物理学教程·热学〉（第二版）习题思考题解题指导》,秦允豪编,高等教育出版社,2004§16.1 气体的状态参量平衡态一、分子运动理论的基本概念1．物质是由分子（或原子）组成的。
2．分子在不停地做无规则运动，剧烈程度与温度有关。
3．分子间有相互作用力。
气体物理学中的分子动力学理论
气体物理学中的分子动力学理论气体是一种无定形，无体积和无形状的物质。
气体分子在气体中持续运动，碰撞和互相作用，从而表现出了许多重要的物理性质，如体积，压力，温度等。
这些物理性质受分子速度，质量和数目的影响。
因此，气体物理学的分子动力学理论成为了研究气体物理性质的重要理论。
理论背景分子动力学理论是20世纪20年代发展起来的一种分子统计物理学理论，它能够用分子的运动学性质来研究气体的微观性质和宏观表现。
这个理论不能基于任何统计假设和热力学平衡条件，因此，它是一种具有高度准确性的物理学理论。
在这个理论中，我们能够设计电脑程序来模拟分子的运动和相互作用，从而使我们在研究热力学和统计物理学领域的问题时，具有更高的可知性和可操作性。
分子运动学分子运动学是分子动力学理论的主要组成部分。
在分子运动学中，我们能够研究分子在气体中的速度，质量和相互作用。
这个理论能够从分子的基本运动速度中推广出大量的宏观热力学性质，如压力，温度和熵等。
这个理论还能够关注到分子之间的相关和相互作用中的非标准情况，从而解释许多当下物理学界的重要问题。
分子动力学模拟在分子动力学理论中，我们必须联合量化力学方法和统计学习算法来研究分子的相互作用。
这个理论能够生成一个特定系统的不同状态的状态图，并从不同状态之间的转移中计算出这个系统的性质。
在一些复杂的气体混合物中，如饱和水蒸汽中的几百万种化合物，通过这个理论来获取高质量数值解，成为研究水力学流动，空气污染监察，地球大气环境模拟，以及模拟气体小波段吸收性质等工程技术领域的一种理想选择。
分子影像技术分子影像是一项流行的分子动力学技术，它可以绘制出分子运动和相互作用的整个序列。
这个技术能够生成一个分子运动的动态图像，从而帮助我们研究分子的相互作用和物理性质。
这项技术已经被应用在来解决一些重要问题，如肺部疾病，化学反应机制以及纳米技术领域等。
总结分子动力学理论是气体物理学领域的一个重要分支。
它通过分子的速度，相互作用和数目来解释气体的宏观表现，并被广泛应用到物理学，化学，地质，生物学和生物医学等领域。
气体分子动理论与理想气体状态方程的内在联系
气体分子动理论与理想气体状态方程的内在联系在研究气体行为时，气体分子动理论和理想气体状态方程是两个关键概念。
气体分子动理论是研究气体微观结构和性质的理论基础，而理想气体状态方程则是描述气体宏观性质的数学表达式。
尽管它们从不同角度对气体进行描述，但实际上它们之间存在着内在的联系。
气体分子动理论气体分子动理论是基于气体分子的微观运动而建立的理论。
根据这一理论，气体是由大量微小的分子组成，这些分子不断地做着高速、无规则的热运动。
气体分子间的碰撞引起了气体的压力、温度和体积等宏观性质。
气体分子动理论提供了解释气体行为的微观机制。
当气体受热时，气体分子的平均速度增加，从而导致气体的压力增大。
而当气体受冷时，气体分子的平均速度减小，气体的压力也相应减小。
因此，气体的温度和压力是密切相关的，这种微观与宏观之间的联系正是气体分子动理论的核心。
理想气体状态方程理想气体状态方程是描述气体宏观性质的经验性方程，通常表示为PV=nRT。
在这个方程中，P代表气体的压力，V代表气体的体积，n代表气体的摩尔数，R代表气体常数，T代表气体的温度。
理想气体状态方程表达了气体的状态参数之间的定量关系。
通过这个方程，我们可以计算气体在不同条件下的压力、体积和温度。
在实际应用中，理想气体状态方程为我们提供了方便的工具，可以用来解决各种气体相关的问题。
内在联系尽管气体分子动理论和理想气体状态方程是从不同角度对气体进行描述的，但它们之间存在着密切的联系。
首先，理想气体状态方程可以通过气体分子动理论来解释。
方程中的PV表示气体分子对容器壁的冲击，n表示气体分子的数量，T表示气体分子的平均动能，这些都可以从气体分子动理论中得到解释。
此外，气体分子动理论还可以解释理想气体状态方程中气体的压力与温度之间的关系。
气体分子的平均速度随温度的增加而增加，这导致气体的压强也随之增加，这正是理想气体状态方程中压力与温度之间的关系所体现的。
综上所述，气体分子动理论和理想气体状态方程之间存在着内在的联系。
气体分子动理论的基本内容及应用
气体分子动理论的基本内容及应用气体分子动理论的基本内容：物体是由大量分子组成的，1、分子：把组成物体的微粒统称为分子；2、1mol水中含有水分子的数量就达6.02×10^23个。
分子热运动：扩散：不同的物质能够彼此进入对方的现象。
产生原因：由物质分子的无规则运动产生的。
气体分子动理论的基本内容物体是由大量分子组成的1、分子：把组成物体的微粒统称为分子2、1mol水中含有水分子的数量就达6.02×10^23个分子热运动1．扩散(1)扩散：不同的物质能够彼此进入对方的现象。
(2)产生原因：由物质分子的无规则运动产生的。
(3)发生环境：物质处于固态、液态和气态时，都能发生扩散现象。
(4)意义：证明了物质分子永不停息地做无规则运动。
(5)规律：温度越高，扩散现象越明显。
(6)影响扩散现象明显程度的因素：①物态②温度③浓度差2．布朗运动(1)概念：把悬浮微粒的这种无规则运动叫作布朗运动。
(2)产生的原因：大量液体(气体)分子对悬浮微粒撞击的不平衡造成的。
(3)布朗运动的特点：永不停息、无规则。
(4)影响因素：微粒越小，布朗运动越明显，温度越高，布朗运动越激烈。
(5)意义：布朗运动间接地反映了液体(气体)分子运动的无规则性。
(6)布朗运动的实质：布朗运动不是分子的运动，而是悬浮微粒的运动。
布朗运动的无规则性反映了液体分子运动的无规则性；布朗运动与温度有关，表明液体分子运动的激烈程度与温度有关。
气体动理论应用容积为20.0l的瓶子以速率v=200m/s匀速运动，瓶子中充有质量为100g的氦气。
设瓶子突然停止，且气体分子全部定向运动的动能都变为热运动动能，瓶子与外界没有热量交换。
求热平衡后氦气的温度、压强、内能及氦气分子的平均动能各增加多少？解：定向运动动能为Nmv2/2气体内能增量Nik∆T/2（i=3）按能量守恒应有：Nmv2/2=Nik∆T/2则∆T=(NAmv2)/(iR)=(Mmv2)/iR=6.42K∆P=MR∆T/(MmV)=6.67×104Pa∆E=M/Mm·i/2·R∆T=200J∆ε=ik∆T/2=1.33×10-22J。
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1 平均势能 kT 2
三.分子的能量
平动自由度 转动自由度 振动自由度
i 1.总平均动能 E kT 2
i trs
2.总平均能量 (总平均动能+平均势能) 3 （1）单原子气体分子 E kT 2 5 （2）刚性双原子气体分子 E kT 2 1 7 （3）弹性双原子气体分子E 3kT kT kT 2 2 i 总平均能量 E kT i t r 2 s 2
vp
2 RT 2kT M m
v
2
kT RT v 1.60 1.60 m M
2
v
3kT 3RT RT 1.73 m M M
（2）判断同种气体，温度高低？
vp 2kT 2 RT m M
T2 T1
相同温度，区分两种气体？
dN 气体分子速率在v v dv 区间的分子数
v1dN1 v2 dN 2 v N
(2)计算方法
v
0
vdN N
mv 2 2 kT
dN Nf (v)dv
m 2 f (v) 4 v e 2kT 8kT 8RT RT v 1.60 m M M
2.反映分子无规热运动激烈程度
3.绝对零度达不到
第三节 能量均分定理
一. 自由度
确定物体空间位置所需的独立坐标数
一维 1. 质点 二维 三维 2. 刚体 (1)平动 t= 3 (2)转动 r=3
t=1 t=2 t=3
轴的方位 2 绕轴转动 1
3.描述一维弹性振动的独立坐标数 4.描述分子运动的自由度
分子速度四面八方 分解
据平均值公式：vx
v
i
ix
N
vx v y vz 0
N 1 2 2 2 2 vx v y vz v 3
v
2 x
v
i
2 ix
三.公式推导 (伯努利 1738年导出)
理想气体压强公式
2 p n k 3
1 2 mv 2
分子的平均平动动能 k 物理意义
i i t r 2 s 1.定体摩尔热容 U m RT 2 Q dUm 1 CV ,m iR dT V dT V 2 2.定压摩尔热容 C p,m CV ,m R
第四节
气体分子速率分布律
核心内容: 频繁碰撞的大量分子速率有规律吗？
3/ 2
3.方均根速率 (1)定义
类比 v 0
vdN N
v
2
0
v dN N
2
v2
(2)计算方法 dN Nf (v)dv
m f (v) 4 2kT
v
2
3/ 2
e
mv 2 2 kT
v
2
3kT 3RT RT 1.73 m M M
五.讨论 1.三种速率比较 v p v
宏观量对应微观量的统计平均
第二节 理想气体温度的统计意义 RT Nm RT N R T nkT 一.导出 p N m V V N V
A
A
R 23 1 1.3810 J K 玻尔兹曼常数 k NA 2 3 p n k k kT 3 2
二.温度的统计意义 1.平均平动动能的量度
l
二.结果分析 1.一组数据表
2.数据矩形图
3.函数曲线图
1 N v 1 dN lim 速率分布函数 f v v0 N v N dv
三.函数形式 1.速率分布函数
1 dN 实验 f v N dv
m 理论 f (v) 4 2kT
四.1mol理想气体内能 R U m N0 E k N 0
i E kT 2
i U m RT 2
i t r 2 s
3 1.单原子体分子 U m RT 2 5 2.刚性双原子分子 U m RT 2 7 3.弹性双原子分子 U m RT 2
五.理想气体的热容量
一.测分子速率分布的实验 1.装置 (1)分子源 (2)速度选择器
Hg
金属蒸汽 狭 缝
接抽气泵
缝宽-速率区间
(3)探测器
显 示 屏
l
2. 测量原理
l 分子运动 l 的时间？t v 的时间？t 盘转过
相等， 则分子正好通过 接抽气泵
Hg
v l
金属蒸汽 狭 缝
显 示 屏
3/ 2
e
mv 2 2 kT
v
2
2.物理意义 （1）dN Nf v dv 表速率 v v dv区间分子数
dN 表速率 v v dv 分子出现概率 （2）f v dv N
f vdv 1
0
1 dN （3） f v N dv
表单位速率区间,分子出现概率(概率密度)
第一节 理想气体的压强公式
一.理想气体的微观模型
1.分子→质点 (1)大小 10
10
m
9
(2)间距 3 10 m
(分子线度<<分子间平均距离)
2.分子间除弹性碰撞外，无其他作用
3.单个分子运动遵守牛顿运动定律
布朗运动
二.分子热运动的统计假设
(1)分子数分布均匀 n N / V
(2)分子速度取向分布均匀
四.特征速率
1.最概然速率 v p (1)定义
(2)计算方法 df 0 dv (3)公式
R k NA
概率 f v 最大对应的速率
m f (v) 4 2kT
3/ 2
e
mv 2 2 kT
v
2
vp
2 RT 2kT 2 RT mN A M m
2.算术平均速率 设 N 气体分子数 (1)定义
平动 t
平动 t 转动 r 平动
振动
s 1
y
l
(1)单原子分子
3 x, y, z 3 x, y, z
2 ,
z
0
(2)刚性双原子分子
x
t 3
(3)弹性双原子分子 转动 r 2
振动 s
1
二.能量按自由度均分定理
分子
1 每一个平动自由度具有平均平动动能 kT 2 1 ……..转动自由度……平均转动动能 kT 2 1 ……..振动自由度……平均振动动能 kT 2 1 平均振动动能 kT 2