内容提要
一、平衡态 理想气体物态方程 1.气体的物态参量
气体的体积、压强和温度三个物理量称为气体的物态参量.
在国际单位制中，体积的单位是立方米，符号为3
m 。压强的单位是帕[斯卡]，符号为
Pa ，760mmHg Pa 101.013 atm 15
=?=。热力学温度的单位是开［尔文］，符号为K ，
273.15T t =+。
2. 理想气体物态方程：m
pV RT M
=
二、理想气体的压强公式 温度的微观本质 1.热动平衡的统计规律
（1）分子按位置的分布是均匀的：d d N N
n V V
=
= （2）各方向运动概率均等：0x y z ===v v v ；2
2
2
213
x y z ===
v v v v 2.理想气体压强的微观公式：2
kt 12 33
p mn n ε==v
3.理想气体物态方程：
p nkT =
4.理想气体分子的平均平动动能与温度的关系：2kt 013 22
m kT ε==v 三、能量均分定理和理想气体的内能
1.刚性分子自由度
2.能量均分定理
气体处于平衡态时，分子任何一个自由度的平均能量都相等，均为1
2
kT ，这就是能量按自由度均分定理。 3.理想气体的内能：2m i
E RT M =
四、麦克斯韦气体速率分布定律 1.麦氏分布函数：1d ()d N
f N =
v v
物理意义：气体在温度为T的平衡状态下，速率在v附近单位速率区间的分子数占总数的百分比。
2.三种统计速率
（1
）最概然速率：
p
==
v
（2
）平均速率：==
v
（3
==
习题精选
一、选择题
1.对于一定质量的理想气体，以下说法正确的是( )
A、如果体积减小，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定增大
B、如果压强增大，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定增大
C、如果温度不变，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定不变
D、如果密度不变，气体分子在单位时间内作用于器壁单位面积的总冲量一定不变
2.关于温度的意义，下列说法正确的是 ( )
（１）气体的温度是分子平均平动动能的量度
（２）气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义
（３）温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同
（４）从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度
A、（1）、（2）、（4）
B、（1）、（2）、（3）
C、（2）、（3）、（4）
D、（1）、（2）
3.如图12-1所示，一气室被可以左右移动的隔板分成相等的两部分，一边装氧气，另一边装氢气，两种气体的质量相同、温度一样。若隔板与气室壁之间无摩擦，则隔板的移动方向为 ( )
A、朝左
B、朝右
C、不动
D、左右振动
图12-1
4.有两种气体，它们的分子数密度不同，但分子的平均平动动能相同，则两种气体( )
A 、温度和压强都相等
B 、温度和压强都不相等
C 、温度相等，数密度大的压强大
D 、温度相等，数密度大的压强小
5.一瓶氦气和一瓶氧气，它们的压强和温度都相同，但体积不同。则 ( ) (1)单位体积的分子数相同 (2)单位体积的质量相同 (3)分子的平均平动动能相同 (4)分子的方均根速率相同
A 、 (2)(3)
B 、(3)(4)
C 、(1)(3)
D 、(1)(2)
6.若理想气体的体积为V ，压强为P ，M 为气体的质量，m 为气体分子质量，mol M 为气体的摩尔质量，n 为气体分子数密度，0N 为阿伏伽德罗常数，则气体分子的平均平动动能为( ) A 、
pV M m 23 B 、mol
32m
pV M C 、npV 23 D 、mol 032M N pV M 7.不同种类的两瓶理想气体，它们的体积不同，但温度和压强都相同，则单位体积内的气体分子数n ，单位体积内的气体分子的总平动动能(k /V ε)，单位体积内的气体质量ρ，分别有 ( )
A 、n 不同，(k /V ε)不同，ρ不同
B 、n 不同，(k /V ε)不同，ρ相同
C 、n 相同，(k /V ε)相同，ρ不同
D 、n 相同，(k /V ε)相同，ρ相同 8.一瓶氮气和一瓶氦气密度相同，分子平均平动动能相同，而且它们都处于平衡状态，则它们( ) A 、温度相同、压强相同
B 、温度、压强都不相同
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
9.有一截面均匀，两端封闭的圆筒，中间被一光滑的活塞分割成两边。如果其中的一边装有
1g 的氢气，为了使活塞停留在正中央，则( )
A 、另一边应装入1/16g 的氧气
B 、另一边应装入8g 的氧气
C 、另一边应装入32g 的氧气
D 、另一边应装入16g 的氧气
10.两种理想气体的温度相等，则它们的( )
A 、气体的内能相等
B 、分子的平均动能相等
C 、分子的平均平动动能相等
D 、分子的平均转动动能相等
11.当气体的温度升高时，麦克斯韦速率分布曲线的变化情况，正确的有（ ） (1)曲线下的面积增大，最概然速率增大 (2)曲线下的面积增大，最概然速率减小 (3)曲线下的面积不变，最概然速率增大 (4)曲线下的面积不变，最概然速率减小 (5)曲线下的面积不变，曲线的最高点降低
A 、(1)
B 、(2)(4)
C 、(3)(4)
D 、(3)(5)
12.已知n 为单位体积分子数，()f v 为麦克斯韦速率分布函数，则()d nf v v 表示( ) A 、单位时间内碰到单位面积器壁上的速率v 处于v ~v ＋d v 区间的分子数 B 、单位体积内，速率v 处于v ~v ＋d v 区间的分子数 C 、速率在v 附近，d v 区间内的分子数
D 、速率在v 附近，d v 区间内的分子数占总分子数的比率 13.已知一定量的某种理想气体，在温度为1T 与2T 时的分子最概然速率分别为1p v 和2p v ，分子速率分布函数的最大值分别为1p ()f v 和2p ()f v 。若1T ＞2T ，则 ( ) A 、1212p p p p ,()()f f <>v v v v B 、1212p p p p ,()()f f >>v v v v C 、1212p p p p ,()()f f < 14.如图12-2所示为麦克斯韦速率分布曲线，图中Ａ、Ｂ两部分面积相等，则该图表示 ( ) A 、0v 为最概然速率 B 、0v 为平均速率 C 、0v 为方均根速率 D 、速率大于0v 和小于0v 的分子数各占一半 图12-2 15.若()f v 为麦克斯韦速率分布函数，m 为气体分子质量，N 为分子总数，则 2 12 1()d 2m Nf ?v v v v v 的物理意义是 ( ) A 、速率为2v 的各分子的总平动动能与速率为1v 的各分子的总平动动能之差 B 、速率为2v 的各分子的总平动动能与速率为1v 的各分子的总平动动能之和 C 、速率处在速率间隔1v ~2v 之内的分子的平均平动动能 D 、速率处在速率间隔1v ~2v 之内的分子平动动能之和 16.已知分子总数为N ，它们的速率分布函数为()f v ，则速率分布在12~v v 区间内的分子的平均速率为 ( ) A 、21 ()d f ?v v v v v B 、2 121 ()d ()d f f ?? v v v v v v v v v C 、 2 1 ()d N f ? v v v v v D 、 2 1 ()d f N ?v v v v v 17.一定量理想气体的温度从C 27 起一直缓慢地增加到它的分子的方均根速度为C 27 时 的二倍时为止。气体最终温度是 ( ) A 、 C 108 B 、 C 327 C 、C 927 D 、C 1200 18.用v 代表气体分子运动的平均速率，p v 体分子的方均根速率，处于平衡状态下的气体，它们之间的关系为（ ） A 、p ==v v B 、p =< v v 、p < A 、3:2 B 、2:3 C 、8:7 D 、7:8 20.有两个容器，一盛氧气，一盛氢气。若它们的方均根速率相等，氧气与氢气的温度之比 22O H :T T 为( ) A 、 1:1 B 、4:1 C 、1:16 D 、1:16 21.在一容积不变的封闭容器内理想气体分子的平均速率若提高为原来的２倍，则( ) A 、温度和压强都提高为原来的２倍 B 、温度为原来的２倍，压强为原来的４倍 C 、温度为原来的４倍，压强为原来的２倍 D 、温度和压强都为原来的４倍 22.一容器贮有温度为T 的理想气体，其平均自由程为0λ。若体积不变，当温度降到2 T 时，平均自由程变为（ ） A 、2/0λ B 、λ、0λ D 23.若体积保持不变，则一定量的某种理想气体其平均自由程λ和平均碰撞次数Z 与温度的关系是( ) A 、温度升高，λ减少而Z 增大 B 、温度升高，λ增大而Z 减少 C 、温度升高，λ和Z 均增大 D 、温度升高，λ保持不变而Z 增大 二、填空题 1.容器中储有一定量的氮气，压强为1.33Pa ，温度为280K ,则 3 1m 中氮气的分子数为 ；容器中的氮气的密度为 。 2.若理想气体的体积为V ，压强为P ，温度为T ，一个分子的质量为m ，k 为玻耳兹曼常量，R 为摩尔气体常量，则该理想气体的分子数为_______________。 3.如图12-3所示，两个大小不同的容器用均匀的细管相连，管中有一水银滴作活塞，大容 器装有氧气，小容器装有氢气，当温度相同时，水银滴静止于细管中央，此时这两种气体中 _____密度较大。 图12-3 图12-4 4.在容积3 3 m 104-?=V 的容器中，装有压强2510Pa p =?的理想气体，则容器中气体分子的平动动能总和为 __________________。 5.已知()f v 为麦克斯韦速率分布函数，p v 为分子的最概然速率，则 p ()d f ? v v v 表 示 。速率v ＞p v 的分子的平均速率表达式为 。 6.一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m ，k 为玻耳兹曼常量。根据理想气体的分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量平方的平均值为____________________ 。 7.同一温度下的氢气和氧气的速率分布曲线如图12-4所示，其中曲线①为___________气的速率分布曲线，___________气的最概然速率较大。 8.设气体的速率分布函数为()f v ，总分子数为N ，则： ①处于d +v v v 速率区间的分子数=N d ___________； ②处于p 0 v 的分子数为N ?，则 N N =?___________； ③平均速率v 与()f v 的关系为v ＝___________。 9.三个容器Ａ、Ｂ、Ｃ中装有同种理想气体，其分子数密度n 相同，而方均根速率之比 1:2:4=，则其压强之比C B A ::p p p 为 _______________。 10.理想气体作绝热自由膨胀，体积增大为原来的两倍，始、末两态的温度1T 与2T 相等，则始、末两态气体分子的平均自由程1λ与2λ的关系为 ______。 11.在一个容积不变的容器中，储有一定量的理想气体，温度为0T 时，气体分子的平均速率为0v ，分子平均碰撞次数为0Z ，平均自由程为0λ。当气体温度升高为04T 时，气体分子的平均速率v =__________，平均碰撞次数Z =________，平均自由程λ=_____________。 三、计算题 1.容器内有一定量的氧气，视为刚性双原子分子理想气体，此时氧气处于标准状态（温度 273.15K ，压强51.01310Pa ?）。现将储有氧气的容器以速率100m/s =v 作定向运动，当 容器忽然停止运动，假设全部定向运动的动能都变为气体分子热运动的动能，求此时气体的温度和压强。 2.体积为3 2 m 1020.1-?=V 的容器中储有氧气，视为刚性双原子分子理想气体。其压强 Pa 1031.85?=p ，温度为K 300=T 。求： （1）单位体积中的分子数n ； （2）分子的平均平动动能； （3）气体的内能。 3.一容器内某理想气体的温度K 273=T ，压强510013.1?=p Pa ，密度3kg/m 25.1=ρ，求： （1）气体分子运动的方均根速率； （2）气体的摩尔质量； （3）单位体积内气体分子的总平动动能。 4.导体中自由电子的运动可以看作类似于气体分子的运动，所以通常称导体中的自由电子为电子气。电子气中电子的最大速率为f v （称作费米速率）。电子的速率分布函数为 2 4π,0()0, f f A f ?≤≤?=? >??v v v v v v 式中A 为常量，求： （1）用f v 确定常数A ； （2）电子气中一个自由电子的平均平动动能。（设自由电子质量为e m ） 第六章 气体动理论 一 选择题 1. 若理想气体的体积为V ，压强为p ，温度为T ，一个分子的质量为m ，k 为玻耳兹曼常量，R 为摩尔气体常量，则该理想气体的分子总数为( )。 A. pV /m B. pV /(kT ) C. pV /(RT ) D. pV /(mT ) 解 理想气体的物态方程可写成NkT kT N RT pV ===A νν，式中N =ν N A 为气体的分子总数，由此得到理想气体的分子总数kT pV N = 。 故本题答案为B 。 2. 在一密闭容器中，储有A 、B 、C 三种理想气体，处于平衡状态。A 种气体的分子数密度为n 1，它产生的压强为p 1，B 种气体的分子数密度为2n 1，C 种气体的分子数密度为3 n 1，则混合气体的压强p 为 ( ) A. 3p 1 B. 4p 1 C. 5p 1 D. 6p 1 解 根据nkT p =，321n n n n ++=，得到 1132166)(p kT n kT n n n p ==++= 故本题答案为D 。 3. 刚性三原子分子理想气体的压强为p ，体积为V ，则它的内能为 ( ) A. 2pV B. 2 5pV C. 3pV D.27pV 解 理想气体的内能RT i U ν2 =，物态方程RT pV ν=，刚性三原子分子自由度i =6， 因此pV pV RT i U 326 2===ν。 因此答案选C 。 4. 一小瓶氮气和一大瓶氦气，它们的压强、温度相同，则正确的说法为：( ) A. 单位体积内的原子数不同 B. 单位体积内的气体质量相同 C. 单位体积内的气体分子数不同 D. 气体的内能相同 解：单位体积内的气体质量即为密度，气体密度RT Mp V m ==ρ（式中m 是气体分子 理想气态的方程及气体分子动理论 一、学习目标 1、知道什么是理想气体，能够由气体的实验定律推出理想气体状态方程。 2、掌握理想气体状态方程，并能用来分析计算有关问题。 3、知道理想气体状态方程的适用条件。 4、掌握克拉珀龙方程并能利用方程计算有关问题。 5、明确摩尔气体常量，R是一个热学的重要常数，其重要性与阿伏加德罗常数是一样的。 6、应用克拉珀龙方程解题时，由于R=8.31J/(mol· K)=0.082atm·L/（mol· K)。因此p、 V的单位必须与选用的R的单位相对应。 7、明确p-V, p-T, V-T图线的意义。 8、能够在相应的坐标中表达系统的变化过程。 二、重点难点及考点 1、这一节的内容重点在于能够知道用理想气体状态方程解决问题的基本思路和方法，并 能解决有关具体问题，还要注意到计算时要统一单位，难点在于用理想气体状态方程 解题时有时压强比较难找。 2、本节重点是克拉珀珑方程的应用，应用克拉珀龙方程可以解决很多气体问题，如果把 它学习好，对学生的学习气体这一节会有很大帮助，本节难点是对克拉珀龙方程的应用，但本节在高考中所占比例并不是特别大，因为这一节为现行教材中的新增长率加 内容。 3、本节重点是把气体的三个状态量用分子动理论来描述清楚，难点是用分子动理论解释 气体三定律，要从逻辑严谨的理相气体模型出发解释每个气体定律，本节在高考中涉 及的题目不多但出曾出现过。 三、例题分析 第一阶段 [例1]在密闭的容器里装有氧气100g,压强为10×106Pa，温度为37oC，经一段时间后温度 降为27oC，由于漏气，压强降为6.0×105Pa，求该容器的容积和漏掉气的质量。 思路分析： 本题研究的是变质量气体问题，由于容器的容积和气体种类（设氧气摩尔质量为M）仍未变，只是质量变为m2，再由克拉珀龙方程列出一个方程，联解两个方程，即可求得容器的容积和漏掉的氧气，抓住状态和过程分析是解题的关键。根据题意可得： ①② 方程①可得： 将V代入②可求： 所以漏掉的氧气质量△m=m1-m2=38g 答案：该容器的容积8.05×10-3m3，漏掉气的质量是38g， [例2]一个横截面积为S=50cm2竖直放置的气缸，活塞的质量为80kg，活塞下面装有质量m=5g的NH3，现对NH3加热，当NH3的温度升高△T=100oC时，求活塞上升的高度为多少？设大气压强为75cmHg，活塞与气缸无摩擦。 思路分析：本题研究的是定质量气体问题，首先确定定研究对象HN3,确认初态压强与末态压强相等，由于温度升高，NH3变化过程是等压膨胀，体积发生变化。由克拉珀龙方程可列两个状态下的方程，求出体积变化。再由体积变化和横截面积求出活塞上升的高度。确认等压膨胀是解本题的关键。 根据题意：根据克拉珀龙方程得： 所以活塞上升高度 习题十 一、选择题 1．用分子质量m ，总分子数N ，分子速率v 和速率分布函数()f v 表示的分子平动动能平均值为 [ ] （A ）0 ()Nf v dv ∞ ? ； （B ） 20 1 ()2 mv f v dv ∞? ； （C ）20 1 ()2 mv Nf v dv ∞? ； （D ）0 1 ()2 mvf v dv ∞? 。 答案：B 解：根据速率分布函数()f v 的统计意义即可得出。()f v 表示速率以v 为中心的单位速率区间内的气体分子数占总分子数的比例，而dv v Nf )(表示速率以v 为中心的dv 速率区间内的气体分子数，故本题答案为B 。 2．下列对最概然速率p v 的表述中，不正确的是 [ ] （A ）p v 是气体分子可能具有的最大速率； （B ）就单位速率区间而言，分子速率取p v 的概率最大； （C ）分子速率分布函数()f v 取极大值时所对应的速率就是p v ； （D ）在相同速率间隔条件下分子处在p v 所在的那个间隔内的分子数最多。 答案：A 解：根据()f v 的统计意义和p v 的定义知，后面三个选项的说法都是对的，而只有A 不正确，气体分子可能具有的最大速率不是p v ，而可能是趋于无穷大，所以答案A 正确。 3．有两个容器，一个盛氢气，另一个盛氧气，如果两种气体分子的方均根速率相等，那么由此可以得出下列结论，正确的是 [ ] （A ）氧气的温度比氢气的高； （B ）氢气的温度比氧气的高； （C ）两种气体的温度相同； （D ）两种气体的压强相同。 答案：A rms v =222222221 ,16 H O H H H O O O T T T M M M T M ===，所以答案A 正确。 4．如下图所示，若在某个过程中，一定量的理想气体的 热力学能（内能）U 随压强p 的变化关系为一直线（其 延长线过U —p 图的原点），则该过程为[ ] （A ）等温过程； （B ）等压过程； （C ）等容过程； （D ）绝热过程。 答案：C 习题3 3-1气体在平衡态时有何特征？气体的平衡态与力学中的平衡态有何不同？ 答：气体在平衡态时，系统与外界在宏观上无能量和物质的交换；系统的宏观性质不随时间变化． 力学平衡态与热力学平衡态不同．当系统处于热平衡态时，组成系统的大量粒子仍在不停地、无规则地运动着，大量粒子运动的平均效果不变，这是一种动态平衡．而个别粒子所受合外力可以不为零．而力学平衡态时，物体保持静止或匀速直线运动，所受合外力为零． 3-2气体动理论的研究对象是什么？理想气体的宏观模型和微观模型各如何？ 答：气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统．是从物质的微观结构和分子运动论出发，运用力学规律，通过统计平均的办法，求出热运动的宏观结果，再由实验确认的方法．从宏观看，在温度不太低，压强不大时，实际气体都可近似地当作理想气体来处理，压强越低，温度越高，这种近似的准确度越高．理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点． 3-3 温度概念的适用条件是什么？温度微观本质是什么？ 答：温度是大量分子无规则热运动的集体表现，是一个统计概念，对个别分子无意义．温度微观本质是分子平均平动动能的量度． 3-4 计算下列一组粒子平均速率和均方根速率？ N i 21 4 6 8 2 v i (m /s) 10.0 20.0 30.0 40. 50.0 解：平均速率 2 8642150 24083062041021++++?+?+?+?+?= = ∑∑i i i N V N V 7.2141 890== 1 s m -? 方均根速率 2 8642150240810620410212 23222 2++++?+?+?+?+?= = ∑∑i i i N V N V 6 .25= 1 s m -? 3-5 速率分布函数f (v )的物理意义是什么？试 1 ? A、 ? 第四章 气体动理论 单个分子的运动具有无序性 布朗运动 大量分子的运动具有规律性 伽尔顿板 热平衡定律(热力学第零定律) 实验表明：若 A 与C 热平衡 B 与C 热平衡 则 A 与B 热平衡 意义：互为热平衡的物体必然存在一个相同的 特征--- 它们的温度相同 定义温度：处于同一热平衡态下的热力学系统所具有的共同的宏观性质,称为温度。 一切处于同一热平衡态的系统有相同的温度。 理想气体状态方程: 形式1: mol M PV =RT =νRT M 形式2: 2 2 2111T V p T V p ＝形式3: nkT P = n ----分子数密度(单位体积中的分子数) k = R/NA = 1.38*10 –23 J/K----玻耳兹曼常数 在通常的压强与温度下,各种实际气体都服从理想气体状态方程。 §4-2 气体动理论的压强公式 V N V N n ==d d 1）分子按位置的分布是均匀的 2）分子各方向运动概率均等、速度各种平均值相等 k j i iz iy ix i v v v v ++=分子运动速度 单个分子碰撞器壁的作用力是不连续的、偶然的、不均匀的。从总的效果上来看，一个持续的平均作用力。 2213 212()323 p nmv p n mv n ω === v----摩尔数 R--普适气体恒量 描述气体状态三个物理量： P,V T 压 强 公 式 12 2 ω=mv 理想气体的压强公式揭示了宏观量与微观量统计平均值之间的关系,说明压强具 有统计意义； 压强公式指出:有两个途径可以增加压强 1)增加分子数密度n 即增加碰壁的个数 2)增加分子运动的平均平动能 即增加每次碰壁的强度 思考题：对于一定量的气体来说，当温度不变时，气体的压强随体积的减小而增大（玻意耳定律）；当体积不变时，压强随温度的升高而增大（查理定律）。从宏观来看，这两种变化同样使压强增大，从微观（分子运动）来看，它们有什么区 别？ 对一定量的气体，在温度不变时，体积减小使单位体积内的分子数增多，则单位时间内与器壁碰撞的分子数增多，器壁所受的平均冲力增大，因而压强增大。而当体积不变时，单位体积内的分子数也不变，由于温度升高，使分子热运动加剧，热运动速度增大，一方面单位时间内，每个分子与器壁的平均碰撞次数增多； 另一方面，每一次碰撞时，施于器壁的冲力加大，结果压强增大。 §4-3 理想气体的温度公式 nkT p =23 p =n ω 1322 2 ω=mv =kT 1. 反映了宏观量 T 与微观量w 之间 的关系 ① T ∝ w 与气体性质无关；② 温度具有统计意义，是大量分子集 体行为 ，少数分子的温度无意义。2. 温度的实质：分子热运动剧烈程度的宏观表现。3. 温度平衡过程就是能量平衡过程。 二.气体分子运动的方均根速率 kT v m 2 32 1 2 = ?2 m ol 3kT 3R T v = =m M 在相同温度下，由两种不同分子组成的混合气体，它们的方均根速率与其质量的平方根成正比 当温度T=0时，气体的平均平动动能为零，这时气体分子的热运动将停止。然而事实上是绝对零度是不可到达的(热力学第三定律)，因而分子的运动是永不停息 的。 μRT m kT v v x = ==22 31 分子平均平动动能 温度的微观本质：理想气体的温度是分子平均平动动能的量度 摩尔质量 物理同步测试—分子运动理论能量守恒气体 一、选择题（每小题4分，共40分。在每小题给出的四个选项中，至少有一个选项是正确 的） 1.下列说法中正确的是（） A. 物质是由大量分子组成的，分子直径的数量级是10-10m B. 物质分子在不停地做无规则运动，布朗运动就是分子的运动 C. 在任何情况下，分子间的引力和斥力是同时存在的 D. 1kg的任何物质含有的微粒数相同，都是6.02×1023个，这个数叫阿伏加德罗常数 2.关于布朗运动，下列说法正确的是( ) A.布朗运动是在显微镜中看到的液体分子的无规则运动 B.布朗运动是液体分子无规则运动的反映 C.悬浮在液体中的微粒越小，液体温度越高，布朗运动越显着 D.布朗运动的无规则性反映了小颗粒内部分子运动的无规则性 3.以下说法中正确的是( ) A.分子的热运动是指物体的整体运动和物体内部分子的无规则运动的总和 B.分子的热运动是指物体内部分子的无规则运动 C.分子的热运动与温度有关：温度越高，分子的热运动越激烈 D.在同一温度下，不同质量的同种液体的每个分子运动的激烈程度可能是不相同的 4.在一杯清水中滴一滴墨汁，经过一段时间后墨汁均匀地分布在水中，只是由于（） A.水分子和碳分子间引力与斥力的不平衡造成的 B.碳分子的无规则运动造成的 C.水分子的无规则运动造成的 D.水分子间空隙较大造成的 5.下列关于布朗运动的说法中正确的是（） A.将碳素墨水滴入清水中，观察到的布朗运动是碳分子无规则运动的反映 B.布朗运动是否显着与悬浮在液体中的颗粒大小无关 C.布朗运动的激烈程度与温度有关 D.微粒的布朗运动的无规则性，反映了液体内部分子运动的无规则性 6.下面证明分子间存在引力和斥力的试验，错误的是（） A.两块铅压紧以后能连成一块，说明存在引力 B.一般固体、液体很难被压缩，说明存在着相互排斥力 C.拉断一根绳子需要一定大小的力说明存在着相互吸引力 D.碎玻璃不能拼在一起，是由于分子间存在着斥力 7．下列叙述正确的是（）A．悬浮在液体中的固体微粒越大，布朗运动就越明显B．物体的温度越高，分子热运动的平均动能越大 C．当分子间的距离增大时，分子间的引力变大而斥力减小 习题 8-1 设想太阳是由氢原子组成的理想气体，其密度可当成是均匀的。若此理想气体的压强为1.35×1014 Pa 。试估计太阳的温度。（已知氢原子的质量m = 1.67×10-27 kg ，太阳半径R = 6.96×108 m ，太阳质量M = 1.99×1030 kg ） 解：m R M Vm M m n 3π)3/4(== = ρ K 1015.1)3/4(73?===Mk m R nk p T π 8-2 目前已可获得1.013×10-10 Pa 的高真空，在此压强下温度为27℃的1cm 3体积内有多少个气体分子？ 解：3462310 /cm 1045.210300 1038.110013.1?=????===---V kT p nV N 8-3 容积V ＝1 m 3的容器内混有N 1＝1.0×1023个氢气分子和N 2＝4.0×1023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。 解：（1） J 1014.41054001038.12 3)(233232321?=?????=+=-∑N N kT t ε （2）Pa kT n p i 32323 1076.210540010 38.1?=????== -∑ 8-4 储有1mol 氧气、容积为1 m 3的容器以v =10 m/s 的速率运动。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多少？（将氧气分子视为刚性分子） 解：1mol 氧气的质量kg 10323 -?=M ，5=i 由题意得 T R Mv ?=?ν2 5 %80212K 102.62-?=??T T R V p RT pV ?=???=νν 大学物理习题九 姓名 班级 序号 气体动理论 1.．用分子质量m ，总分子数N ，分子速率v 和速率分布函数()f v 表示下列各量： 1）速率大于100m/s 的分子数 ； 2）分子平动动能的平均值 ； 3）多次观察某一分子速率，发现其速率大于 2．氢气在不同温度下的速率分布曲线如图所示， 则其中曲线1所示温度1T 与曲线2所示温度2T 的高低 有1T 2T （填 “大于”、“小于” 或“等于” 3．设氢气的温度为300℃。求速度大小在3000m/s 到3010m/s 之间的分子数N 1与速度大小在p v 到10+p v m/s 之间的分子数N 2之比。 4．导体中自由电子的运动可以看成类似于气体分子的运动，所以常常称导体中的电子为电子气，设导体中共有N 个自由电子，电子气中电子的最大速率为f v （称做费米速率），电子 的速率分布函数为：24,0()0, f f Av v v f v v v π?≤≤?=?>?? 式中A 为常量，求：（1）用N 和f v 确定常数A ；（2）电子气中一个自由电子的平均动能。 5．一定量的理想气体，在温度不变的情况下，当压强降低时，分子的平均碰撞次数Z 的变化情况是z （填“减小”、“增大”或“不变”），平均自由程λ的变化情况是 λ （填“减小”、“增大”或“不变”）。 6．在半径为R 的球形容器里贮有分子有效直径为d 的气体，试求该容器中最多可以容纳多少个分子，才能使气体分子间不至于相碰？ 7、 (1)温度为T 的热平衡态下，物质分子的每个自由度都具有的平均动能 。 （2） 温度为T 的热平衡态下，每个分子的平均总能量 。 （3）温度为T 的热平衡态下，νmol(ν为摩尔数)分子的平均总能量 。 （4）温度为T 的热平衡态下，每个分子的平均平动动能 。 8．将1mol 温度为T 的水蒸气分解为同温度的氢气和氧气，试求氢气和氧气的热力学能（内能）之和比水蒸气的热力学能增加了多少？（所有气体分子均视为刚性分子）。 9．质量为50.0g 、温度为18.0o C 的氦气装在容积为10.0升的封闭容器内，容器以200v =m/s 的速率做匀速直线运动。若容器突然停止，定向运动的动能全部转化为分子热运动的动能，则平衡后氦气的温度将增加多少？压强将增加多少？ 气体动理论 一、选择题 1．按照气体分子运动论，气体压强的形成是由于 （ ） （A ）气体分子之间不断发生碰撞； （B ）气体分子的扩散； （C ）气体分子不断碰撞器壁； （D ）理想气体的热胀冷缩现象． 2．理想气体中仅由温度决定其大小的物理量是（ ） （A ）气体的压强 （B ）气体分子的平均速率 （C ）气体的内能 （D ）气体分子的平均平动动能 3. 在一个容积不变的封闭容器内理想气体分子平均速率若提高为原来的2倍，则（ ） A ．温度和压强都提高为原来的2倍 B ．温度为原来的2倍，压强为原来的4倍 C ．温度为原来的4倍，压强为原来的2倍 D ．温度和压强都为原来的4倍 4．关于温度的意义，下列几种说法中错误的是：（ ） A ．气体的温度是分子平均平动动能的量度． B ．气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义． C ．温度的高低反映物质内部分子运动剧烈程度的不同． D ．从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度． 5．容积为V 的容器中，贮有1N 个氧分子、2N 个氮分子和M kg 氩气的混合气体，则混合 气体在温度为T 时的压强为（其中A N 为阿佛伽德罗常数，μ为氩分子的摩尔质量）[ ] （A ）kT V N 1 （B ）kT V N 2 （C ）kT V MN A μ （D ）kT N M N N V A )(121μ ++ 6．一瓶氦气和一瓶氮气(均为理想气体)都处于平衡状态，质量密度相同，分子平均平动动 能相同，则它们( ) A 、温度相同、压强相同； B 、温度相同，但氦气的压强大于氮气的压强； C 、温度、压强都不相同； D 、温度相同，但氦气的压强小于氮气的压强 7．压强、温度相同的氩气和氮气，它们的分子平均平动动能k ε和平均动能ε的关系为 （ ） （A ）和k ε都相等 （B ）和k ε都不相等 （C ）k ε相等，而 ε不相等 （D ）ε相等，而k ε不相等 8．mol 2的刚性分子理想气体甲烷，温度为T ，其内能可表示为：( ) A 、kT 5； B 、kT 6； C 、RT 5； D 、RT 6. 第十一章气体动理论习题详细答案 一、选择题 1、答案：B 解：根据速率分布函数() f v的统计意义即可得出。() f v表示速率以v为中心的单位速率区间内的气体分子数占总分子数的比例，而dv v Nf) (表示速率以v为中心的dv速率区间内的气体分子数，故本题答案为B。 2、答案：A 解：根据() f v的统计意义和 p v的定义知，后面三个选项的说法都是对的，而只有 A不正确，气体分子可能具有的最大速率不是 p v，而可能是趋于无穷大，所以答案A正确。 3、答案：A rms v=据题意得2222 2222 1 , 16 H O H H H O O O T T T M M M T M ===，所以答案A正确。 4、由理想气体分子的压强公式 2 3k p nε =可得压强之比为： A p∶ B p∶ C p＝n A kA ε∶n B kB ε∶n C kC ε＝1∶1∶1 5、氧气和氦气均在标准状态下，二者温度和压强都相同，而氧气的自由度数为5，氦气的自由度数为3，将物态方程pV RT ν=代入内能公式 2 i E RT ν =可得2 i E pV =，所以氧气和氦气的内能之比为5 : 6，故答案选C。 6、解：理想气体状态方程PV RT ν =，内能 2 i U RT ν =(0 m M ν=)。由两式得 2 U i P V =，A、B两种容积两种气体的压强相同，A中，3 i=；B中，5 i=，所以答案A正确。 7、由理想气体物态方程 'm pV RT M =可知正确答案选D。 8、由理想气体物态方程pV NkT =可得气体的分子总数可以表示为 PV N kT =，故答案选C。 9、理想气体温度公式2 13 22 k m kT ευ ==给出了温度与分子平均平动动能的关系，表明温度是气体分子的平均平动动能的量度。温度越高，分子的平均平动动能越大，分子热运动越剧烈。因此，温度反映的是气体分子无规则热运动的剧烈程度。 第10章 气体动理论题目无答案 一、选择题 1. 一理想气体样品, 总质量为M , 体积为V , 压强为p , 绝对温度为T , 密度为?, 总分子数为N , k 为玻尔兹曼常数, R 为气体普适常数, 则其摩尔质量可表示为 [ ] (A) MRT pV (B) pV MkT (C) p kT ρ (D) p RT ρ 2. 如T10-1-2图所示，一个瓶内装有气体, 但有小孔与外界相通, 原来瓶内温度为300K ．现在把瓶内的气体加热到400K (不计容积膨胀), 此时瓶内气体的质量为 原来质量的______倍． [ ] (A) 27／127 (B) 2／3 (C) 3／4 (D) 1／10 3. 相等质量的氢气和氧气被密封在一粗细均匀的细玻璃管内, 并由一 水银滴隔开, 当玻璃管平放时, 氢气柱和氧气柱的长度之比为 [ ] (A) 16:1 (B) 1:1 (C) 1:16 (D) 32:1 4. 一容器中装有一定质量的某种气体, 下列所述中是平衡态的为 [ ] (A) 气体各部分压强相等 (B) 气体各部分温度相等 (C) 气体各部分密度相等 (D) 气体各部分温度和密度都相等 5. 一容器中装有一定质量的某种气体, 下面叙述中正确的是 [ ] (A) 容器中各处压强相等, 则各处温度也一定相等 (B) 容器中各处压强相等, 则各处密度也一定相等 (C) 容器中各处压强相等, 且各处密度相等, 则各处温度也一定相等 (D) 容器中各处压强相等, 则各处的分子平均平动动能一定相等 6. 理想气体能达到平衡态的原因是 [ ] (A) 各处温度相同 (B) 各处压强相同 (C) 分子永恒运动并不断相互碰撞 (D) 各处分子的碰撞次数相同 7. 理想气体的压强公式 k 3 2 εn p = 可理解为 [ ] (A) 是一个力学规律 (B) 是一个统计规律 (C) 仅是计算压强的公式 (D) 仅由实验得出 8. 一个容器内贮有1摩尔氢气和1摩尔氦气，若两种气体各自对器壁产生的压强分别为p 1和p 2，则两者的大小关系是： [ ] (A) p 1> p 2 (B) p 1< p 2 (C) p 1＝p 2 (D)不确定的 9. 在一密闭容器中，储有A 、B 、C 三种理想气体，处于平衡状态．A 种气体的分子数密度为n 1，它产生的压强为p 1；B 种气体的分子数密度为2n 1；C 种气体的分子数密度为3 n 1．则混合气体的压强p 为 [ ] (A) 3 p 1 (B) 4 p 1 (C) 5 p 1 (D) 6 p 1 10. 若室内生起炉子后温度从15?C 升高到27?C, 而室内气压不变, 则此时室内的分子数减少了 [ ] (A) % (B) 4% (C) 9% (D) 21% 11. 无法用实验来直接验证理想气体的压强公式, 是因为 T10-1-2图 T 10-1-3图 第四章 气体动理论 2-4-1选择题： 1、处于平衡状态的一瓶氦气和一瓶氮气的分子数密度相同，分子的平均平动动能也相同，都处于平衡态。以下说法正确的是： （A ）它们的温度、压强均不相同。 （B ）它们的温度相同，但氦气压强大于氮气压强。 （C ）它们的温度、压强都相同。 (D) 它们的温度相同，但氦气压强小于氮气压强。 2、三个容器A 、B 、C 中装有同种理想气体，其分子数密度n 相同，方均根速率之比 4:2:1::222=C B A v v v ， 则其压强之比C B A p p p ::为： (A) 1 : 2 : 4 (B) 1 : 4 : 8 (C) 1 : 4 : 16 (D) 4 : 2 : 1 3、一定量的理想气体贮于某一容器中，温度为T ，气体分子的质量为m . 根据理想气体的分子模型和统计假设，分子速度在x 方向的分量平方的平均值为: (A) 2 x v =m kT 3 (B) 2x v = m kT 331 (C) 2 x v = m kT 3 (D) 2x v = m kT 4、关于温度的意义，有下列几种说法： (1) 气体的温度是分子热运动平均平动动能的量度. (2) 气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义. (3) 温度的高低反映物质内部分子热运动剧烈程度的不同. (4) 从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度. 上述说法中正确的是 （A ） (1)、(2)、(4) （B ） (1)、(2)、(3) （C ） (2)、(3)、(4) (D) (1)、(3)、(4) 5、两容器内分别盛有氢气和氦气，若它们的温度和质量分别相等，则： (A) 两种气体分子的平均平动动能相等. (B) 两种气体分子的平均动能相等. (C) 两种气体分子的方均根速率相等. (D) 两种气体的内能相等. 6、一容器内装有N 1个单原子理想气体分子和N 2个刚性双原子理想气体分子，当该系统处在温度为T 的平衡态时，其内能为 (A) ??? ??++kT kT N N 2523)(21 (B) ??? ??++kT kT N N 2523)(2121 第七章气体动理论 研究对象：由大量分子（原子）组成的系统。分子视为刚性小球，分子间作弹性碰撞。 研究方法：由于分子的数量极其庞大，彼此之间的相互作用又非常频繁，而且还具有偶然性，所以只能用统计的方法进行处理。研究微观量（m,v,p,f）集体表现出来的宏观特征。 §7－1 物质的微观模型统计规律性 1． 分子的数密度和线度：单位体积内的分子数叫分子数密度。气体（n氮=2.47*1019/cm3）、液体（n水=3.3*1022/cm3）、固体（n =7.3*1022/cm3）。不同种类的分子大小不等，小分子约为10-铜 10m的数量级。实验表明：标准状态下，气体分子间距为分子直 径的10倍。 2．分子力：当r 习题 8-1设想太阳是由氢原子组成的理想气体，其密度可当成是均匀的。若此理想气体的压强为1.35×1014Pa 。 解：（1） J 1014.41054001038.12 3)(233232321?=?????=+=-∑N N kT t ε（2）Pa kT n p i 323231076.21054001038.1?=????==-∑ 2 8-4储有1mol 氧气、容积为1 m 3的容器以v =10 m/s 的速率运动。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 体的温度需多高？ 解：（1）J 1065.515.2731038.12 323212311--?=???==kT t ε （2）kT 23 J 101.6ev 1t 19-==?=ε 8-7一容积为10 cm 3的电子管，当温度为300K 时，用真空泵把管内空气抽成压强为5×10-4mmHg 的高真空，问此时（1）管内有多少空气分子？（2）这些空气 量。 解：RT i E ν2= ，mol 1=ν 若水蒸气温度是100℃时 4 8-9已知在273K 、1.0×10-2atm 时，容器内装有一理想气体，其密度为1.24×10-2 kg/m 3。求：（1）方均根速率；（2）气体的摩尔质量，并确定它是什么气体；（3） 分子间均匀等距排列） 解：（1）325/m 1044.2?==kT p n （2）32kg/m 297.1333====RT P RT p v p μμρ （3）J 1021.62 3 21-?==kT t ε （4）m 1045.3193-?=?=d n d （2）K 3.36210 38.1104.51021035.12322=??????==-Nk pV T 8-13已知)(v f 是速率分布函数，说明以下各式的物理意义： 理工科专业 《大学物理B 》 气体动理论 热力学基础 答： 112 3 V p 0 p O V V 12V 1 p 12p 1A B 图1 4、 给定的理想气体(比热容比γ为已知)，从标准状态(p 0、V 0、T 0)开始，作绝热膨胀，体积增大到三倍，膨胀后的温度T ＝____________，压强p ＝__________． 答： 1 ) 1 (T -γ , )1 (p γ 图2 (A) 一定都是平衡态． (B) 不一定都是平衡态． (C) 前者一定是平衡态，后者一定不是平衡态． (D) 后者一定是平衡态，前者一定不是平衡态． （ C ）4、一定量的理想气体，经历某过程后，温度升高了．则根据热力学定律可以断定： ① 该理想气体系统在此过程中吸了热． ② 在此过程中外界对该理想气体系统作了正功． ③ 该理想气体系统的内能增加了． ④ 在此过程中理想气体系统既从外界吸了热，又对外作了正功． 以上正确的断言是： (A) ① 、③ ． (B) ②、③． (C) ③． (D) ③、④． （ D ）5、有人设计一台卡诺热机(可逆的)．每循环一次可从 400 K 的高温热源吸热1800 J ，向 300 K 的低温热源放热 800 J ．同时对外作功1000 J ，这样的设计是 (A) 可以的，符合热力学第一定律． (B) 可以的，符合热力学第二定律． (C) 不行的，卡诺循环所作的功不能大于向低温热源放出的热量． (D) 不行的，这个热机的效率超过理论值． 三、判断题（每小题1分，请在括号里打上√或×） （ × ）1、气体的平衡态和力学中的平衡态相同。 （ √ ）2、一系列的平衡态组成的过程是准静态过程。 （ × ）3、功变热的不可逆性是指功可以变为热，但热不可以变为功。 （ × ）4、热传导的不可逆性是指热量可以从高温物体传到低温物体，但不可以从低温物体传到高温物体。 （ × ）5、不可逆循环的热机效率1 2 1Q Q bukeni - <η。 四、简答题（每小题5分） 1、气体动理论的研究对象是什么？理想气体的宏观模型和微观模型各如何？ 答：气体动理论的研究对象是大量微观粒子组成的系统。（1分）是从物质的微观结构和分子运动论出发，运用力学规律，通过统计平均的办法，求出热运动的宏观结果，（1分）再由实验确认的方法。（1分） 从宏观看，在温度不太低，压强不大时，实际气体都可近似地当作理想气体来处理，压强越低，温度越高，这种近似的准确度越高。（1分）理想气体的微观模型是把分子看成弹性的自由运动的质点。（1分） 2、用热力学第一定律和第二定律分别证明，在V p -图上一绝热线与一等温线不能有两个交点，如图2所示。 解：（1）由热力学第一定律有 W E Q +?= 若有两个交点a 和b ，则经等温b a →过程有 0111=-=?W Q E （1分） 经绝热b a →过程 气体动理论知识点总结 注意：本章所有用到的温度指热力学温度，国际单位开尔文。 T=273.15+t 物态方程 A N PV NkT P kT nkT V m PV NkT PV vN kT vRT RT M =→= =' =→===（常用） 一、 压强公式 11()33 P mn mn = =ρρ=22v v 二、 自由度 *单原子分子： 平均能量=平均平动动能=(3/2)kT *刚性双原子分子： 平均能量=平均平动动能+平均平动动能=325222 kT kT kT += *刚性多原子分子： 平均能量=平均平动动能+平均平动动能=3 332 2 kT kT kT += 能量均分定理：能量按自由度均等分布，每个自由度的能量为(1/2)kT 所以，每个气体分子的平均能量为2 k i kT ε= 气体的内能为k E N =ε 1 mol 气体的内能22 k A i i E N N kT RT =ε== 四、三种速率 p = ≈v = ≈v = ≈ 三、 平均自由程和平均碰撞次数 平均碰撞次数：2Z d n =v 平均自由程： z λ= =v 根据物态方程：p p nkT n kT =?= 平均自由程： z λ==v 练习一 1．关于温度的意义，有下列几种说法： （1）气体的温度是分子平均平动动能的量度。（2）气体的温度是大量气体分子热运动的集体表现，具有统计意义。 （3）温度的高低反映物质内部分子热运动剧烈程度的不同。 （4）从微观上看，气体的温度表示每个气体分子的冷热程度。（错） 解：温度是个统计量，对个别分子说它有多少温度是没有意义的。 3．若室内升起炉子后温度从15℃升高到27℃，而室内气压不变，则此时室内的分子数减少了： 解：PV NkT = 211227315 0.9627327N T N T +===+ 1210.04N N N N ?=-= 则此时室内的分子数减少了4%. 4. 两容器内分别盛有氢气和氦气，若他们的温度和质量分别相等，则：（A ） （A ）两种气体分子的平均平动动能相等。 （B ）两种气体分子的平均动能相等。 （C ）两种气体分子的平均速率相等。 （D ）两种气体的内能相等。 任何气体分子的平均平动动能都是(3/2)kT ，刚性双原子分子： 平均能量=平均平动动能+平均平动动能=3 252 2 2 kT kT kT += 第十二章 气体动理论 §12-1 平衡态 气体状态方程 【基本内容】 热力学：以观察和实验为基础，研究热现象的宏观规律，总结形成热力学三大定律，对热现象的本质不作解释。 统计物理学：从物质微观结构出发，按每个粒子遵循的力学规律，用统计的方法求出系统的宏观热力学规律。 分子物理学：是研究物质热现象和热运动规律的学科，它应用的基本方法是统计方法。 一、平衡态 状态参量 1、热力学系统：由大量分子组成的宏观客体（气体、液体、固体等），简称系统。 外界：与系统发生相互作用的系统以外其它物体（或环境）。 从系统与外界的关系来看，热力学系统分为孤立系统、封闭系统、开放系统。 2、平衡态与平衡过程 平衡态：在不受外界影响的条件下，系统的宏观热力学性质（如P 、V 、T ）不随时间变化的状态。它是一种热动平衡，起因于物质分子的热运动。 热力学过程：系统从一初状态出发，经过一系列变化到另一状态的过程。 平衡过程：热力学过程中的每一中间状态都是平衡态的热力学过程。 3、状态参量 系统处于平衡态时，描述系统状态的宏观物理量，称为状态参量。它是表征大量微观粒子集体性质的物理量（如P 、V 、T 、C 等）。 微观量：表征个别微观粒子状况的物理量（如分子的大小、质量、速度等）。 二、理想气体状态方程 1、气体实验定律 （1）玻意耳定律： 一定质量的气体，当温度保持不变时，它的压强与体积的乘积等于恒量。即PV =恒量，亦即在一定温度下，对一定量的气体，它的体积与压强成反比。 （2）盖.吕萨克定律： 一定质量的气体，当压强保持不变时，它的体积与热力学温度成正比。即 V T =恒量。 （3）查理定律： 一定质量的气体，当体积保持不变时，它的压强与热力学温度成正比，即P T =恒量。 气体实验定律的适用范围：只有当气体的温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）时，方能遵守上述三条定律。 2、理想气体的状态方程 （1）理想气体的状态方程 在任一平衡态下，理想气体各宏观状态参量之间的函数关系；也称为克拉伯龙方程 M PV RT RT νμ= = （2）气体压强与温度的关系 P nkT = 玻尔兹曼常数23/ 1.3810A k R N -==?J/K ；气体普适常数8.31/.R J mol K = 阿伏加德罗常数236.02310/A N mol =? 质量密度与分子数密度的关系 第8章气体动理论基础 一. 基本要求 1. 了解气体分子热运动的图象及理想气体分子的微观模型。 2. 理解气体压强、温度的统计意义，通过气体压强公式的推导，了解从提出模型、进行统计平均、建立宏观量与微观量的联系到阐明宏观量的微观本质的思想和方法。 3. 理解麦克斯韦速率分布律、分布函数、分布曲线的物理意义，了解气体分子的热运动的最概然速率、平均速率、方均根速率的意义及求法。 4. 理解内能的概念及能量均分定理，会用能均分定理计算理想气体的内能。 5. 了解气体分子的平均自由程、平均碰撞频率的意义及其简单计算。 二. 内容提要 1. 理想气体的状态方程理想气体处于平衡态时，其态参量压强p、体积V及温度T之间存在的关系式 利用状态方程可以由一些已知的态参量推算另一些未知的态参量。 2. 压强公式反映理想气体的压强P与气体分子平均平动动能及分子数密度n之间的关系式，其数学表达式为 式中代表一个分子的平均平动动能，m代表分子的质量。 压强公式表明，气体的压强是一个具有统计意义的物理量。 3. 温度公式描述气体温度与气体分子平均平动动能之间的关系式，其数学表达式为 式中，k为玻耳兹曼常量。 温度公式说明，气体的温度是大量气体分子的集体表现，也是一个具有统计意义的物理量。 由压强公式和温度公式可以得到理想气体物态方程的另一种形式 4. 能量均分定理当气体处于平衡态时，分布与每一个自由度（平动、转动）上的平均能量均为。利用能均分定理很容易计算理想气体的内能。 5. 理想气体的内能气体分子所具有的各种平均动能的总和。质量为M的理想气体的内能 式中为气体的摩尔质量，i为自由度。 6. 麦克斯韦速率分布律气体处于平衡态时，分布在速率区间v~ v+d v内的分子数d N与总分子数N的比率按速率v的分布规律。 第六章气体动理论 §6-1 气体状态方程 【基本内容】 热力学系统：由大量分子组成的物质（气体、液体、固体）称为热力学系统,系统以外其它物体称为外界。 热力学：以观察和实验为基础，研究热现象的宏观规律，总结形成热力学三大定律，对热现象的本质不作解释。 统计物理学：从物质微观结构出发，按每个粒子遵循的力学规律，用统计的方法求出系统的宏观热力学规律。 分子物理学：是研究物质热现象和热运动规律的学科，它应用的基本方法是统计方法。 一、气体状态方程 1、宏观量与微观量 宏观量：表征大量分子集体性质的物理量（如P、V、T、C等）。 微观量：表征个别分子状况的物理量（如分子的大小、质量、速度等）。 2、热力学过程、平衡态与平衡过程 热力学过程：是系统状态经过一系列变化到另一状态的经历。 平衡态：是热力学系统在不受外界影响的条件下，宏观热力学性质（如P、V、T）不随时间变化的状态。它是一种热动平衡，起因于物质分子的热运动。 平衡过程：热力学过程中的每一中间状态都是平衡态的热力学过程。 3、理想气体的状态方程 （1）理想气体的状态方程 是理想气体在任一平衡态下，各状态参量之间的函数关系: （2）气体压强与温度的关系 P=nkT 玻尔兹曼常数k=R/N A=1.38×10-23J/K，啊伏加德罗常数N A =6.028×1023/mol。 ρ=nm 分子数密度n=N/V，ρ——气体质量密度，m——气体分子质量。 １/ 7 ２ / 7 二、理想气体的压强 1、理想气体的微观假设 关于分子个体力学性质的假设：（a ）分子本身的大小比起它们之间的距离可忽略不计。（b ）除了分子碰撞瞬间外，分子之间的相互作用以忽略。（c ）分子之间以及分子与器壁间的碰撞是完全弹性的。关于分子集体之间性质的假设——统计假设：（a ）分子按位置的分布是均匀的，即分子沿空间各个方向运动的数目相等。（b ）分子按速度方向的分布是均匀的，即分子沿空间各个方向运动的机会相等。2、理想气体的压强公式 分子的平均平动动能：22 1v m t =ε 3、压强的统计意义 P 是统计平均值，是对时间、对大量分子、对面积求平均的效果。 三、理想气体的温度 1、分子平均平动动能与温度的关系 温度的意义：气体的温度是分子平均平动动能的量度；温度标志物质内部分子无规则运动的剧烈程度。 2、方均根速率2v 方均根速率：是气体分子热运动时，速度的平均值。 四、分子间的碰撞 1、平均碰撞频率 是一个分子在单位时间内与其它分子碰撞的平均次数。 d ：分子有效直径，v ：分子平均速率，n ：分子数密度。 2、平均自由程 是一个分子在连续两次碰撞之间，自由运动路程的平均值。 五、能量均分定律 1、自由度 决定物体在空间位置所需要独立坐标的数目，称为该物体的自由度。 i=t+r t ：平动自由度，i ：转动自由度。 单原子分子t=3、r=0、i=3；刚性双原子分子t=3、r=2、i=5；刚性多原子分子t=3、r=3、i=62、能量均分定律06气体动理论习题解答课件
高三物理《理想气态的方程及气体分子动理论》教案
10 气体动理论习题详解
习题3 气体动理论基础
气体动理论剖析
质量为 m 摩尔质量为 M 的理想气体，在平衡态下，压强 p、体积 V 和热力学温度 T 的关系 式是
?
A、pV=(M/m)RT B、pT=(M/m)RV C、pV=(m/M)RT D、VT=(m/M)Rp
?
?
?
正确答案： C 我的答案：C 得分： 9.1 分
2
一定量某理想气体按
=恒量的规律膨胀，则膨胀后理想气体的温度
?
A、将降低 B、将升高 C、保持不变 D、升高还是降低，不能确定
?
?
?
正确答案： A 我的答案：A 得分： 9.1 分
3
在标准状态下，任何理想气体每立方米中含有的分子数都等于
? ? B、
? ? C、
? ? D、
?
正确答案： C 我的答案：A 得分： 0.0 分
4
有一截面均匀的封闭圆筒，中间被一光滑的活塞分隔成两边，如果其中的一边装有 0.1 kg 某一温度的氢气， 为了使活塞停留在圆筒的正中央， 则另一边应装入同一温度的氧气的质量 为
?
A、0.16 kg B、0.8 kg
?
C、1.6 kg D、3.2 kg
?
正确答案： C 我的答案：C 得分： 9.1 分
5
若理想气体的体积为 V，压强为 p，温度为 T，一个分子的质量为 m，k 为玻尔兹曼常量， R 为普适气体常量，则该理想气体的分子数为
?
A、pV / m B、pV / (kT) C、pV / (RT) D、pV / (mT)
?
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?
正确答案： B 我的答案：C 得分： 0.0 分
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一定量的理想气体在平衡态态下，气体压强 p、体积 V 和热力学温度 T 的关系式是
? A、
? ? B、第四章 气体动理论 总结
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