大学物理分子动理论

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大学物理(第三版)热学第二章

一、理想气体的微观图象
1. 质点 P nkT P 0
在 T 一定的情况下 n 值小意味着分子间距大 2 .完全弹性碰撞
3. 除碰撞外分子间无相互作用 f=0
范德瓦耳斯力(简称：范氏力)
f
斥力
合力
r0
O
s
10 -9m r
d
引力
分子力
气体之间的距离
r 8r0 引力可认为是零可看做理想气体
第3步：dt时间内所有分子对dA的冲量
dI dIi ix 0
1 2
i
dIi
nimi2xdtdA
i
dIi
2ni mi2xdtdA
第4步：由压强的定义得出结果
P

dF dA

dI dtdA

i
ni
m
2 ix
i dA
ixdt
P

dF dA

dI dtdA
2. 气体分子的自由度
单原子分子双原子分子多原子分子
i3 i5 i6
二、能量按自由度均分原理条件：在温度为T 的平衡态下 1.每一平动自由度具有相同的平均动能
1 2
kT

1 3

3 2
kT

1 2
m
1
3
2

1 2
m
2 x

1 2
m
2 y

1 2
m
2 z
每一平动自由度的平均动能为 1 kT
2
2.平衡态各自由度地位相等
每一转动自由度每一振动自由度也具有与平动自由度相同的平均动能其值也为 1 kT

大学物理-气体分子动理论

v
v１ v２ v３ … …
Ｎ ΔＮ１ ΔＮ２ ΔＮ３ … …
速率为 vi 的概率为：
Pi
Ni N
长时间“观测”理想气体分子的速率 v ：
v
0 ~ +∞ 连续分布
速率为 v → v + dv 的概率为：
Pv~vdv
dNv N
0
???
速率分布函数
Pv~vdv
dNv N
f (v)dv
f (v) dNv Ndv
刚性双原子分子的动能
分子动能
平动动能
t x
t y
t z
转动动能
r
r
t x
t y
t z
r
r
1 kT 2
t x
t y
t z
r
r
5 kT 2
温度较高时，双原子气体分子不能看作刚性分子，分子
平均能量更大，因为振动能量也参与能量均分
理想气体分子的平均能量
分子模型刚性单原子分子刚性双原子分子刚性多原子分子
每个分子频繁地发生碰撞，速度也因此不断变化；
二、压强形成的微观解释
单个分子与器壁碰撞冲力作用瞬间完成，大小、位置具有偶然性；
大量分子（整个气体系统）与器壁碰撞气体作用在器壁上是一个持续的、不变的压力；
压强是气体分子给容器壁冲量的统计平均量
三、理想气体的压强公式
建立三维直角坐标系 Oxyz
vz i N
气体处于平衡态时，气体分子沿各个方向运动的机会均等。
vx vy vz
气体分子速率平方的平均值
v v1 v2 v3 … …
Ｎ ΔＮ１ ΔＮ２ ΔＮ３ … …
v

5.分子动理论大学物理习题答案

当 v vp 解：(1) 速率分布曲线如右图。

vp
.099v p时，x 0.99 ； v v p
vp
(2) 由归一化条件

0
v0
1 f (v) d v 1 ， c d v cv 0 1 ，得 c v0 0
v0
f (v)
C

(3) v vf (v) d v v c d v
大学物理练习册—分子动理论
理想气体状态方程 5-1 一容器内储有氧气，其压强为 1.01105Pa，温度为 270C，求：（1）气体分子的数密度；（2）氧气的质量密度；（3）氧分子的质量；（4）分子间的平均距离（设分子均匀等距分布）。解：(1) p nkT ， n
p 1.01 105 2.44 1025 /m 3 kT 1.38 1023 (273 27)
5-4 体积 V 10 3 m 3 ，压强 p 10 5 Pa 的气体分子平均平动动能的总和为多少？解： t N
N 3 pV kT ，其中 N 为总分子数。 p nkT kT ， N 2 kT V pV 3 3 3 t kT pV 105 103 150 J kT 2 2 2
m M pV RT ，T mol M mol mR
t
3 3 M pV 3 2 10 3 3.9 105 4.0 103 kT k mol 1.38 10 23 3.88 1022 J 2 2 mR 2 2 102 8.31
2 RT 可知，在相同温度下， M mol 大的气体 v p 小， M mol
f(v) I II
所以曲线对应氢气的分布，即 v p H 2000 m/s

大学物理第16章气体动理论

N2
pA
lim N
NA N

1 2
抛硬币的统计规律
2020/1/15
DUT 余虹
4
16.1 理想气体的压强
一、分子的作用力与压强
总数N 个，分子质量m ，摩尔质量，
体积V，温度T。
F
气体分子频繁碰撞容器壁——给容器
壁冲量。大量分子在t 时间内给予I
的冲量，宏观上表现为对器壁的平均
vf
v
d
v

0
f
vd v

0
vf
v d
v
麦克斯韦分布律
v 1.60 RT

2020/1/15
DUT 余虹
21
（3）方均根速率 v 2
一段速率区间v1~v2的方均速率
f v
v122
v2 v 2 d N N v v2 2 f v d v
v1 v2 d N
作用力
F I t
气体对容器壁的压强
P F I S S t
2020/1/15
DUT 余虹
5
二、P 与微观量的关系
分子按速度区间分组
第i 组: 速度近vi 似~ 认vi 为都dv是i v i
分子数N
i ，分子数密度
ni

Ni V
考察这组分子给面元A的冲量
一碰壁前速度 vix viy viz
一、速率分布函数
处于平衡态的气体，每个分子朝各个方向运动的概率均等。
可是大量分子速度分量的方均值相等。
一个分子，某一时刻速度
v
通常 v xv y v z

v

大学物理(第三版)热学-第一章

从实验归纳总结
定律
热力学第一定律 ---能量转化热力学第二定律 ---过程方向性基础定律
地位：相当于力学中的牛顿定律
2021/6/7
12
三、本课程中研究对象的理想特征
1.对象理想气体
宏观定义：
严格遵守玻意耳定律
实际气体理想化：
P 不太高 T 不太低
若高压低温？
2021/6/7
1) 在理想气体理论基础上加以修正
每一时刻系统都处于平衡态实际过程的理想化---无限缓慢(准) “无限缓慢”：系统变化的过程时间>>驰豫时间例1 气体的准静态压缩
2021/6/7
过程时间 ~ 1 秒
驰豫时间
<
103 16
s
实际过程太迅速了怎么办？ 1)修正原理论 2)更普遍的理论或经验
本课介绍 • 气体分子动理论
平衡态下理想气体的状态量与微观量的关系 •热力学基础实验的总结---必定涉及过程
3.5 4190/m 3 十亿
大量、无规则
统计方法
数学基础---概率论
2021/6/7
23
讨论 1.理气状态方程
PV M RT PV RT NkT
P nkT
2.不漏气系统各状态的关系
PV C T
2021/6/7
24
3. P-V 图
P
P.V.T P.V.T
V
P V 图上一个点代表一个平衡态一条线代表一个准静态过程
2021/6/7
5
解决问题的一般思路 •从单个粒子的行为出发
统计的方法
•大量粒子的行为--- 统计规律例如：微观认为宏观量P
是大量粒子碰壁的平均作用力

大学物理热力学基础.

11.01310522.4103
22.7102(J)
Qacb Acb
V(l)
7-3 气体的摩尔热容量
一、热容与摩尔热容的定义：热容量：系统在某一无限小过程中吸收热量dQ与温
度变化dT的比值称为系统在该过程的热容量（C）
dQ
C dT
表示升高1K所吸收的热量
J K1
单位质量的热容量叫比热容。 CMC比 JK1kg1
摩尔热容量：1 mol 物质的热容量（Cm）
M C Mmol Cm
1mol 物质温度升高1K时所吸收的热量。
JK1mo1
二、理想气体的摩尔热容量
1、理想气体的定容摩尔热容：
dQ CV ( dT )V
( dE dT
)V
理想气体 dE i RdT
2 3
单原子理想气体 CV 2 R
双原子理想气体
1、理想气体的绝热准静态过程的过程方程
dA PdV dE M M moC lVdT (1)
理想气体状态方程
PV M RT Mmol
对其微分得:
M
PdVVdP RdT Mmol
(2)
联立（1）（2）得：
dP dV0 PV
PV con. s(3t)
（泊松公式）
将 PV cons.与t PV M RT联立得:
准静态过程是一种理想的极限。
三、准静态过程的功和热量
1、体积功的计算
dl
➢当活塞移动微小位移dl 时，系统对外界所作的元功为：
p F S
➢系统体积由V1变为V2，系统对外界作总功为：
A dA V2pdV V1
dV0, 系统对外作正功；
dV0, 系统对外作负功；
例：有1mol理想气体（1）a b等温，

大学物理06分子动理论

热物理学
组成物质的分子或粒子都在作永不停息的无规则运动，称为热运动。大量分子热运动的集体效应在宏观上表现为物体的热现象和热性质。
研究分子热运动，讨论热现象的规律、分析物体热性质的理论称为热物理学。热物理学包括宏观理论和微观理论。 • 宏观理论——热力学：以观察和实验为基础，通过归纳和推理得出有关热现象的基本规律，因而其结论普遍而且可靠。 • 微观理论——分子动理论：从分子结构和分子运动出发，应用力学规律和统计方法，研究大量分子热运动的集体效应，从微观本质上解释热现象和热性质。
热力学平衡态
三、平衡与涨落一个与外界没有能量、质量交换的系统，经一定时间后达到稳定的，不再有宏观状态的变化。此时，系统内各部分的宏观性质均相同。
处在平衡态的系统的宏观量，如压强，不随时间改变，但不能保证任何时刻大量分子撞击器壁的情况完全一样，这称为涨落现象，分子数越多，涨落就越小。 N
t
热力学平衡态
二、温标
确定温度数值的表示方法——温标（1）选定测温质（2）选定与温度单调变化的属性
（3）假定测温属性与温度成线性关系
（4）选定温度标准点，将温度计分度不同测温质或不同测温属性测量同一温度数值可能不同。
上海交通大学物理系高景jgao@
热力学平衡态
三、理想气体温标和状态方程
LR R R R LR R RRLR RRRL 1 3 4
R R R R 0 4 1
C(n) 1
上海交通大学物理系高景jgao@
C n 某一宏观态出现的几率： pn N 2
热力学平衡态
1 2 3 4 n n’
L L L L 4 0
LLLR LLR L LR LL R LLL 3 1 4

大学物理第三章分子动理论

子
乙
分子力的形成说明图
Epr
用分子力解释几个物理现象如物质的三态等。
o
斥力分子力
r0
r
引力
势能曲线
r
点评相变与相变理论
物质的相态固，液，气，等离子体
相变理论相变温度相变点相变能相变系数
第二节理想气体的压强
气体对容器壁作用表现为气体的压强，此压强可以用气体动理论加以微观解释。
本章研究内容：
1 宏观量 P,T与微观量间的统计关系.
2 微观量与微观量间的统计关系. 运用统计方法
名句赏析小楼一夜听春雨，深巷明朝卖杏花。
内容提要
宏观量压强和温度的微观解释物质的内能理想气体的速率分布规律几个微观量的统计平均值
第一节分子热运动的基本概念
一分子运动论 1 宏观物体是由大量不停息地运动着的分子或原子组成的，称为分子热运动。如在气体内部一分子一秒遭一百万次碰撞。1827年被英国植物学家布朗证实：布朗运动，微粒受到周围分子的碰撞的不平衡引起的。
第二编热学
返回
热学是研究热现象的规律。热现象是物质中大量分子热运动的集体表现。本篇将介绍统计物理的基本概念和气体动理论的基本内容以及热力学的基本规律。
气体动理论或称分子物理学的系统研究源于十八世纪以后，伯努利，罗蒙罗索夫，道耳顿等开辟了奠基性的工作。十九世纪六十年代，麦克斯韦，克劳修斯，玻耳兹曼等人在前人的基础上，应用统计的方法，探索物质大量分子集体性质的一般统计规律，从而阐明了热现象的本质。二十世纪初发展的量子理论，对上述经典统计理论做了重要的修改和补充。
十八世纪初欧洲工业革命，尤其是蒸气机的应用，促进了热力学的发展，建立了系统的计温学和量热学。经焦耳，迈尔，卡诺等人系统的总结，建立了热力学第一定律。克劳修斯和开尔文又独立的发现了热二律。形成了今天的热力学理论。

西南交通大学《大学物理》气体分子动理论

别为 CVO2
=
R, 2
CV H 2
=
R 2
由理想气体状态方程 pV = M R 和题意标准状态下（两气体压强、体积相同）有 Tµ
M
（两气体的摩尔数之比为 µ
) O2
=
p 1V1 T1
= V1 = 1
M ( µ ) He
p2V 2 V 2 2 T2
m 根据理想气体内能公式 E = M ⋅ i RT 得 µ2
本习题版权归物理与科学技术学院物理系所有，不得用于商业目的
《大学物理》作业 No.10 气体分子动理论班级 ________ 学号 ________ 姓名 _________ 成绩 _______
一、选择题：
1. 在容积 V = 4×10 −3 m3 的容器中，装有压强 p = 5×10 2 P a 的理想气体，则容器中气体分子的平均平动
处的分子数密度。
n 若大气中空气的摩尔质量为 M mol ，温度为 T，且处处相同，并设重力场是均匀的，则空气分子数密度减少
a 到地面的一半时的高度为
。（符号 exp[α ]，即 e α ）
− Mmol gh
n 解：由玻尔兹曼粒子数按势能（高度）分布规律 n = n0e RT 得
i 空气分子数密度减少到地面的一半时的高度为
4. 在标准状态下, 若氧气（视为刚性双原子分子的理想气体）和氦气的体积比 V1 = 1 ，则其内能之比 V2 2
E1 / E2 为：
[
] (A) 1/2
(B) 5/3
(C) 5/6
(D) 3/10
解：氧气为双原子分子，其总自由度为 5，氦气为单原子分子，其总自由度为 3，故它们的摩尔热容量分
3

大学物理专业力学知识点

大学物理专业力学知识点大学物理专业力学知识点-总结质点运动学１．直角坐标下质点的位置、速度、加速度的矢量表示y某ijzkdrd某dydzijk质点的速度vdtdtdtdtdvd2rd2某d2yd2z2i2j2k 质点加速度adtdt2dtdtdtdrdvdrdv注意区分：与，与dtdtdtdt质点的位置矢量r问题：（1）如何从位置求速度、加速度？（求导）如何从加速度求速度，求位置？（积分）（2）位置、速度、加速度的大小怎么求？方向怎么表示？（3）如何从运动学方程求轨迹方程？（消去时间t，得到某,y,z之间的函数关系）2．自然坐标系下，速度、加速度的表达速率vdsdset，速度vdtdtd2sv2加速度aatetaneneen2tdt圆周运动角速度角线关系：vddt角加速度ddtR，atR问题：自然坐标系下，速度、加速度又怎样表示？切向加速度和法向加速度如何计算？3．速度合成法则：绝对速度等于相对速度与牵连速度的矢量和。

动量牛顿运动定律动量守恒定律1．牛顿定律及其应用Fma解题步骤：（1）确定研究对象（2）建立坐标系（3）分析研究对象的受力情况（4）在各方向上建立牛顿第二定律方程2．冲量动量t2冲量：恒力IFt，变力IF(t)dtt质点动量定理：Ipp0，质点所受冲量等于质点动量的增量质点系的动量定理：质点系所受外力的冲量等于质点系动量的增量注意：内力不会影响体系的动量3．质心质心定义：rcmriiim质心运动定理：质点系质量与质心加速度的乘积等于质点系所受一切外力的矢量合4．动量守恒定律质点系受合外力矢量合为零，则体系动量守恒。

要求：会用动量守恒定律求解问题！！动能和势能1．功功的定义：力在受力质点位移上的投影与位移的乘积Ar1Fr某1dr，对于一维情况AF(某)d某在一段有限路径上的功AFr0某02．质点及质点系动能定理质点动能定理：A质点系动能定理：EkEk0k1212mvmv0质点的动能增量等于作用于质点的合力所作的功22k0AEE 质点系的动能增量等于一切外力所作的功与一切内力所作功的代数和。

008气体分子运动理论

讨论 (1)每个气体分子的平均总能量为： (重点)
(2)能量均分定理是平衡态下关于热运动的统计规律，是对大量分子统计平均的结果。 (3)能量均分的成因是大量分子间无规则的碰撞。
三、理想气体的内能(Internal energy of ideal gas) ：(重点) 气体的内能：所有分子的热运动动能和分子间的相互作用势能的总和。理想气体的内能：气体中所有分子热运动动能的总和。 1mol 理想气体的内能为：
可知，当压强相同时，在冬天打入轮胎内的空气密度（即质量）要大些。
思考题
(A)
(B)
(C)
(D)
(D)
(A)温度相同、压强相同。 (B)温度、压强都不同。 (C)温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强。 (D)温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强。
(C)
解：(1)
(2)气体定一个质点的位置需三个独立坐标；
再确定两原子连线的方位需两个独立坐标；
最后确定绕两原子连线的转动的角坐标，需一个独立坐标；
结论自由度平动自由度转动自由度振动自由度
刚性分子的自由度
自由度分子
单原子分子 3
0
3
双原子分子 3
2
5
多原子分子 3
3
6
二、能量按自由度均分定理椐理想气体温度公式，分子平均平动动能与温度关系为
1
平衡状态理想气体状态方程
一、状态参量
二、平衡状态（equilibrium state)
1、平衡态所研究的物体或物体组称为热力学系统，简称系统(system)，其由大量微观粒子所组成。
能够与热力学系统发生相互作用的其它物体称系统的外界 (简称外界)
例：若汽缸内气体为系统，汽缸外的环境为外界

大学物理气体分子动理论习题

hi
为氢气分子速率分布曲线。
w. z
气体的摩尔质量 M mol ＝
解：由克拉珀龙状态方程 pV =
RT 可得摩尔质量为 ρRT 11.3 × 10 −3 × 8.31 × ( 27 + 273) = p 1.0 × 10 − 2 ×1.013 × 105
ww
M = M mol =
= 27.8 × 10 −3 (kg ⋅ mol − 1 )
5．在一个容积不变的容器中，储有一定量的理想气体，温度为 T0 时，气体分子的平均速率为 v 0 ，分子平均碰撞次数为 Z0 ，平均自由程为 λ0 。当气体温度升高为 4T0 时，气体分 [ ] (A) v = 4v0 ， Z = 4 Z 0 ， λ = 4λ0
8kT ∝ πm
(C) v = 2v 0 ， Z = 2Z0 ， λ = 4λ0
v
O
v
O
，所以 (D)不对。另由概率归解：在同一温度下，氮气和氦气的 v p 不等（摩尔质量不等）一化条件
∫ f (v )dv = 1，说明若 v
0
∞
p
大，则 v > v p 的 f (v) 将减小，而(A) 、(C)中 v > v p 的故选 B
f (v) 没有减小，所以(A)、(C)都不对。
O
na
v0
0
dN 解：由麦克斯韦速率分布函数 f (v ) = 的有 Ndv
f (v )dv = ∫
v2
v1
∞
hi
∆N v1 → v2 dN ⋅ dv = Ndv N
由题意 A 、B 两部分面积相等有说明
∫ f (v )dv = ∫ f (v )dv
v0
w. z

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。

高考物理系统性复习 (要点归纳+夯实基础练) 第一节分子动理论(附解析)

第一节分子动理论【要点归纳】一、物体是由大量分子组成的一、分子的大小：1．分子直径的数量级为10－10 m.2．分子体积的数量级一般为10－29 m 3.3．分子质量的数量级一般为10－26 kg. 二、阿伏加德罗常数：1．定义：1 mol 的任何物质都含有相同的粒子数，这个数量可以用阿伏加德罗常数来表示．2．数值：阿伏加德罗常数常取N A ＝6.02×1023mol －1，粗略计算中可取N A ＝6.0×1023mol －1.3．意义：阿伏加德罗常数是一个重要常数．它把摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量与分子质量、分子的大小等微观物理量联系起来了，即阿伏加德罗常数N A 是联系宏观世界与微观世界的桥梁．4．宏、微观物理量与阿伏加德罗常数间的关系(1)已知固体和液体(气体不适用)的摩尔体积V mol 和一个分子的体积v ，则N A ＝V mol v；反之亦可估算分子的大小． (2)已知物质(所有物质，无论液体、固体还是气体均适用)的摩尔质量M 和一个分子的质量m ，则N A ＝M m；反之亦可估算分子的质量． (3)已知物体(无论固体、液体还是气体均适用)的体积V 和摩尔体积V mol ，则物体含有的分子数n ＝V V mol N A ＝M ρV mol N A.其中ρ是物质的密度，M 是物质的质量． (4)已知物体(无论液体、固体还是气体均适用)的质量和摩尔质量，则物体含有的分子数n ＝M mN A . (5)分子体积v ＝V m N A ＝M m ρN A .如果把分子简化成球体，可进一步求出分子的直径d ＝36v π＝36MmρN Aπ三、估算气体分子间的距离气体分子间的间隙不能忽略，设想气体分子平均分布，且每个气体分子平均占有的空间设想成一个小立方体，气体分子间的距离就等于小立方体的边长，如图所示．每个空气分子平均占有的空间体积v′＝v mN A＝M mρN A,分子间的距离a＝3v′.二、分子热运动一、扩散现象：1．定义：不同的物质互相接触，过一段时间后物质分子会彼此进入对方，这一现象称为扩散，扩散是一种常见的物理现象．如在房间的一角撒上香水，整个房间都能闻到香味；金块和铅块压紧在一起，放置足够长的时间，会发现铅中有金，金中有铅等，都是扩散．2．产生原因：是由物质分子的无规则运动产生的．3．特点：(1)在气体、液体、固体中均能发生，而气体的扩散现象最明显．(2)扩散快慢与温度有关，温度越高，扩散越快，表明温度越高，分子运动越剧烈．(3)从浓度大处向浓度小处扩散，且受“已进入对方”的分子浓度的限制，当进入对方的分子浓度较低时，扩散现象较为显著．二、布朗运动1．定义：布朗运动是悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，是在显微镜下观察到的．2．布朗运动的三个主要特点：微粒在永不停息地做无规则运动；颗粒越小，布朗运动越明显；温度越高，布朗运动越明显．3．产生布朗运动的原因：由于液体分子无规则运动对固体微小颗粒各个方向撞击的不均匀性所造成．4．影响布朗运动的因素：微粒的大小和液体(或气体)温度的高低．(1)微粒越小，布朗运动越明显．(2)温度越高，布朗运动越激烈．5．布朗运动与分子热运动的关系(1)布朗运动是无规则的――→反映分子运动是无规则的；(2)布朗运动是永不停息的――→反映分子运动是永不停息的；(3)温度越高，布朗运动越激烈――→反映温度越高，分子的运动越激烈．三、分子间的作用力 1．分子间有空隙(1)气体分子的空隙：气体很容易被压缩，表明气体分子间有很大的空隙．(2)液体分子间的空隙：水和酒精混合后总体积会变小，说明液体分子间有间隙．(3)固体分子间的空隙：压在一起的金片和铅片，各自的分子能彼此进入到对方的内部说明固体分子间也存在着空隙．2．分子间的作用力(1)分子间同时存在着相互作用的引力和斥力．分子间实际表现出的作用力是引力和斥力的合力．(2)分子间作用力与分子间距离变化的关系(如图所示)：分子间的引力和斥力都随分子间距离r 的增大而减小，随分子间距离的减小而增大．但斥力比引力变化得快．(3)平衡位置：我们把分子间距离r ＝r 0时，引力与斥力大小相等，分子力为零．分子间距离等于r 0(数量级为10－10m)的位置叫做平衡位置．(4)分子间的引力和斥力随分子间距离r 的变化关系分子间的引力和斥力都随分子间距离r 的增大而减小，但斥力减小得更快．F 随r 变化的关系如图：当r ＜r 0时，合力随距离的增大而减小；当r ＞r 0时，合力随距离的增大先增大后减小． ①当r ＝r 0时，F 引＝F 斥，F ＝0.②当r<r 0时，F 引和F 斥都随分子间距离的减小而增大，但F 斥增大得更快，分子力表现为斥力．③当r>r0时，F引和F斥都随分子间距离的增大而减小，但F斥减小得更快，分子力表现为引力．④当r≥10r0(10－9m)时，F引和F斥都十分微弱，可认为分子间无相互作用力(F＝0)．四、分子动理论1．分子动理论内容：物体是由大量分子组成的，分子在永不停息地做无规则运动，分子之间存在着引力和斥力．2．根据分子力说明物体三态不同的宏观特征分子间的距离不同，分子间的作用力表现也就不一样．(1)固体分子间的距离小，分子之间的作用力表现明显，分子只能在平衡位置附近做范围很小的无规则振动．因此，固体不但具有一定的体积，还具有一定的形状．(2)液体分子间的距离也很小，分子之间的作用力也能体现得比较明显，但与固体分子相比，液体分子可以在平衡位置附近做范围较大的无规则振动，而且液体分子的平衡位置不是固定的，在不断地移动，因而液体虽然具有一定的体积，却没有固定的形状．(3)气体分子间距离较大，彼此间的作用力极为微小，可认为分子除了与其他分子或器壁碰撞时有相互作用外，分子力可以忽略．因而气体分子总是做匀速直线运动，直到碰撞时才改变方向．所以气体没有一定的体积，也没有一定的形状，总是充满整个容器．五、气体分子运动的特点气体分子运动的“三性”1．自由性：由于气体分子间的距离比较大，大约是分子直径的10倍左右，分子间的作用力很弱，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，因而气体能充满它所达到的整个空间．2．无序性：由于分子之间频繁地碰撞，每个分子的速度大小和方向频繁改变，分子的运动杂乱无章，在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有，而且向着各个方向运动的气体分子数目都相等．3．规律性：气体分子速率分布呈现出“中间多，两头少”的分布规律．当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大．反之，分子的平均速率减小．如图所示。

大学物理分子动理论

xM1M3 (p1p3)V1
M2
p2V2
(1301)0329.6(天 ) 1400
6-2 理想气体压强公式
气体对器壁的压强是大量分子对容器不断碰撞的统计平均效果。
每个分子对器壁的作用 f t
所有分子对器壁的作用 F f t
t
理想气体的压强公式
p F S
一、理想气体的分子模型 1、分子可以看作质点
说明： •平衡态是一种热动平衡
处在平衡态的大量分子仍在作热运动，而且因为碰撞，每个分子的速度经常在变，但是系统的宏观量不随时间改变。
例如：粒子数
箱子假想分成两相同体积的部分，达到平衡时，两侧粒子有的穿越界线，但两侧粒子数相同。
•平衡态是一种理想状态
对热力学系统的描述：
1. 宏观量——状态参量
解： (1) p1V1 p2V2
T1
T2
由已 :V 1知 2V 2,T 127 2 3 730 K ,0
T227 1 374 75 K0
p2V V 1 2T T 2 1p12 V V 22 3405 00 3p1
(2) w 3kT 2
ww2w123k(T2T1)
31.381 023(45030)03.1 11 021J 2
w 3 kT 2
p nkT
6-4 能量均分定理理想气体的内能
一、自由度确定一个物体的空间位置所需要的独立坐标数目。
He
O2
H2O
NH 3
以刚性分子（分子内原子间距离保持不变）为例
z
z
C(x, y,z)
y
C(x, y,z)
y
x
单原子分子
平动自由度t=3
itr3

大学物理第8章气体分子运动论

23
阿佛伽德罗常数
R=8.31J/mol· 普适气体常数 K
k=R/N =1.38J/K
0
玻尔兹曼常数
四、统计假设
平衡态下： 1、分子数密度相等。 2、分子沿任一方向的运动，机会均等。
那么对于分子的平动速度，有
v v x i v y j vzk
2 2 2 2
vx vy vz
d N Nf ( v ) d v
速率位于 v 1 v 2区间的分子数：
N v N f ( v ) d v 1
v2
C. 速率位于 v 1 v 2 区间的分子数占总数的百分比：
N
N

v2
v1
f ( v )d v
f (v)
N
N
S
o
v1 v2
v
四、三种速率：
f(v)
1、最概然速率Vp：
刚体：任意运动时，可分解为质心的平动及绕通过质心的轴的转动。
y
（x, y, z)
y
b a
（xz
x
刚性双原子: i=5
y
f 刚性多原子: i=6
o
z
x
二、能量按自由度均分原理
A、理想气体内能：分子间相互作用忽略不计分子间相互作用势能=0
理想气体的内能=所有分子的热运动动能之总和。 B、如果分子有i个自由度，分子的平均动能： i
2

m 2 x l1
2

m Nx l1
2

i 1
N
m ix
2
l1
第3步：由压强的定义得出结果
y
P
F A1

大学物理-4-1分子动理论的基本概念

系统的外界（简称外界）
能够与所研究的热力学系统发生相互作用的其它物体，
称为外界。
孤立系统
围绕热力学系统的外界称为环境。封闭系统
开放系统
第四章气体动理论
2、气体的物态参量把用来描述系统宏观状态的物理量称为状态参量。
气体的宏观状态可以用V、P、T 描述
体积V—— 几何参量压强p——力学参量温度T——热力学参量
一切与热现象有关的宏观量的数值都是统计平均值。在任一给定瞬间或在系统中任一给定局部范围内，观测值都与统计平均值有偏差。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
测量）, 如 p等,V.,T
第四章气体动理论
微观量统计平均
宏观量
研究方法 1. 热力学 —— 宏观描述
实验经验总结，给出宏观物体热现象的规律，
从能量观点出发，分析研究物态变化过程中热功转
换的关系和条件。
特点
1）具有可靠性； 2）知其然而不知其所以然；
3）应用宏观参量 .
第四章气体动理论
2.气体动理论 —— 微观描述研究大量数目的热运动的粒子系统，对微观结构提出模型、假设,应用统计方法,得出热现象规律。
第四章气体动理论
第四章气体动理论
第一节分子动理论的基本概念
气体动理论的基本观点
•分子的观点：宏观物体是由大量微粒—— 分子（或原子）组成的，分子间存在间隙。 •分子运动的观点：物体中的分子处于永不停息的无规则运动中，其激烈程度与温度有关。 •分子力的观点：分子之间存在着相互作用力。
第四章气体动理论
第四章气体动理论
统计涨落现象(Fluctuation)
大量小球整体按狭槽的分布遵从一定的统计规律。但统计规律永远伴随涨落现象。一次投入大量小球（或单个小球多次投入）落入某个槽中的小球数具有一个稳定的平均值，而每次实验结果都有差异。槽内小球数量少，涨落现象明显。反之，槽内的小球数量多时涨落现象不明显。在一定的宏观条件下，大量小球运动的各种分布在一定的平均值上、下起伏变化，称为涨落现象。

大学物理-气体动理论

dN N
f
(v ) dv
f (v) dN ⑩
Ndv
f(v) 称为速率分布函数，含义：分布在速率v 附近单位速率间
隔内的分子数与总分子数的比率。
第五章气体分子运动论
三. 麦克斯韦速率分布定律
1. 麦克斯韦速率分布定律理想气体在平衡态下分子的速率分布函数
f (v ) 4 ( m0 ) v e 3/ 2 2 m0v2 / 2kT ( 麦克斯韦速率分布函数 )
pV m RT M
mV
v2
3p
3 0.011.013105 1.24 102
m s1
494 m s-1
第五章气体分子运动论
（2）根据物态方程，得
M m RT RT
Vp
p
1.24 102 8.31 273 kg mol -1 0.011.013 105
28 103 kg mol -1
vp
2kT μ
速率
v1 ～ v2 v2 ～ v3 … vi ～ vi +Δv
…
分子数按速率
的分布
ΔN1
ΔN2
…
ΔNi
…
分子数比率按速率的分布
ΔN1/N
ΔN2/N
…
ΔNi/N
…
｛ ΔNi ｝就是分子数按速率的分布
二. 速率分布函数 f(v)
设某系统处于平衡态下，总分子数为 N ，则在v～v+ dv 区
间内分子数的比率为
y
踪其中一个分子, 某一时刻速 A2
A1
率为 vi与器壁A1碰撞, x 方向
动量的增量
m0 vix m0 vix 2m0 vix
O vi
x

2024届高考一轮复习物理课件(新教材鲁科版)：分子动理论内能

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
2.(2023·江苏省昆山中学模拟)把墨汁用水稀释后取出一滴放在高倍显微镜下观察，可以看到悬浮在液体中的小炭粒在不同时刻的位置，每隔一定时间把炭粒的位置记录下来，最后按时间先后顺序把这些点进行连线，得到如图所示的图像，对于这一现象，下列说法正确的是 A.炭粒的无规则运动，说明碳分子运动也是无规则的 B.越小的炭粒，受到撞击的分子越少，作用力越小，
炭粒的不平衡性表现得越不明显
√C.观察炭粒运动时，可能有水分子扩散到载物片的玻
例5 关于内能，下列说法正确的是 A.1克100 ℃的水的内能等于1克100 ℃的水蒸气的内能
B.质量、温度、体积都相等的物体的内能一定相等
√C.内能不同的物体，它们分子热运动的平均动能可能相等
D.一个木块被举高，组成该木块的所有分子的分子势能都增大
1克100 ℃ 的水需要吸收热量才能变为1克100 ℃的水蒸气，故1克 100 ℃的水的内能小于1克100 ℃的水蒸气的内能，选项A错误；物体的内能与物质的量、温度、体积等因素有关，质量、温度、体积都相等的物体其物质的量不一定相等，内能不一定相等，选项B错误；内能不同的物体，其温度可能相等，它们分子热运动的平均动能可能相等，选项C正确；一个木块被举高，木块的重力势能增大，但木块的分子间距不变，组成该木块的所有分子的分子势能不变，选项D错误.
(3)1 mol 物体的体积：Vmol＝Mρ .
考向1 微观量估算的球体模型
例 1 (2023·宁夏银川二中质检)浙江大学高分子系高超教授的课题组制备出了一种超轻气凝胶，它刷新了目前世界上最轻材料的记录，弹性和吸油能力令
人惊喜.这种固态材料密度仅为空气密度的61，设气凝胶的密度为 ρ，摩尔质量为 M，阿伏加德罗常数为 NA，则下列说法不正确的是

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