[理学]大学物理 第二章 气体动理论2
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第2章气体动理论◆本章学习目标了解:玻耳兹曼分布率;范德瓦耳斯方程和输运过程。
理解:理想气体的压强,温度的微观意义;能量均分定理,麦克斯韦速率分布律及其统计意义;麦克斯韦速率分布律的实验验证,实际气体等温线;气体分子的平均自由程的概念。
掌握:理想气体的压强,能量均分定理,麦克斯韦速率分布律及其统计意义;实际气体等温线;气体分子的平均自由程的概念。
◆本章教学内容1、理想气体压强公式2、温度的微观意义3、能量均分定理4、麦克斯韦速率分布律5、麦克斯韦速率分布律的实验验证*6、玻尔兹曼分布率◆本章重点压强和温度的微观实质和意义、理想气体的内能、速率分布函数以及理想气体平衡态的特征速率等。
◆本章难点压强和温度的微观实质和意义。
速率分布函数的物理意义以及相关的计算。
2.1 理想气体的压强一、理想气体模型1. 关于单个分子的力学性质的假设在宏观上我们知道,理想气体是一种在任何情况下都遵守玻意耳定律、盖-吕萨克定律和查理定律的气体。
但从微观上看什么样的分子组成的气体才具有这种宏观特性呢?气体分子的运动是肉眼看不见的,所以理想气体的微观模型是通过对宏观实验结果的分析和综合提出的一个假说。
通过这个假说得到的结论与宏观实验结果进行比较来判断模型的正确性。
通过前人多年的努力,我们现在知道理想气体的微观模型具有以下特征:(1)分子与容器壁和分子与分子之间只有在碰撞的瞬间才由相互作用,其它时候的相互作用可以忽略不计。
(2)分子本身的体积在气体中可以忽略不计,即对分子可采用质点模型。
(3)而分子与容器壁以及分子与分子之间的碰撞属于牛顿力学中的完全弹性碰撞。
实验证明,实际气体中分子本身占的体积约只占气体体积的千分之一,在气体中分子之间的平均距离远大于分子的几何尺寸,所以将分子看成质点是完全合理的。
从另一个方面看,对已达到平衡态的气体如果没有外界影响,其温度、压强等态参量都不会因分子与容器壁以及分子与分子之间的碰撞而发生改变,气体分子的速度分布也保持不变,因而分子与容器壁以及分子与分子之间的碰撞是完全弹性碰撞也是理所当然的。
课时安排:2课时教学目标:1. 理解气体动理论的基本概念,包括气体分子运动、压强、体积、温度等状态参量。
2. 掌握平衡态和平衡过程的概念,理解理想气体状态方程及其应用。
3. 通过分子动理论,理解气体压强的微观解释以及气体实验定律的微观解释。
4. 培养学生运用微观解释宏观现象的能力,提高分析、综合、归纳能力。
教学重点:1. 气体动理论的基本概念。
2. 平衡态和平衡过程。
3. 理想气体状态方程及其应用。
4. 气体压强的微观解释。
教学难点:1. 平衡态和平衡过程的理解。
2. 理想气体状态方程的应用。
3. 气体压强的微观解释。
教学准备:1. 教师准备多媒体课件,包括气体动理论的基本概念、平衡态和平衡过程、理想气体状态方程、气体压强的微观解释等内容。
2. 学生准备复习笔记,对气体动理论的相关知识进行回顾。
教学过程:第一课时一、导入1. 引导学生回顾物理学史,介绍气体动理论的起源和发展。
2. 提出本节课的学习目标,让学生明确学习内容。
二、基本概念1. 介绍气体的状态参量:压强、体积、温度。
2. 解释压强的概念,说明压强的单位。
3. 介绍体积的概念,说明体积的物理意义。
4. 解释温度的概念,说明温度的物理意义。
三、平衡态和平衡过程1. 介绍平衡态的概念,说明平衡态的特点。
2. 介绍平衡过程的概念,说明平衡过程的特点。
3. 通过动画模拟,展示平衡态和平衡过程。
四、理想气体状态方程1. 介绍理想气体状态方程,说明其意义。
2. 解释方程中的各个物理量的含义。
3. 通过实例,讲解理想气体状态方程的应用。
第二课时一、气体压强的微观解释1. 介绍分子动理论,说明分子运动的特点。
2. 解释气体压强的微观解释,说明气体压强产生的原因。
3. 通过实例,说明气体压强的微观解释。
二、气体实验定律的微观解释1. 介绍玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律的微观解释。
2. 通过实例,说明气体实验定律的微观解释。
三、总结与作业1. 总结本节课所学内容,强调重点和难点。
《大学物理》气体动理论练习题及答案解析一、简答题1、你能够从理想气体物态方程出发 ,得出玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律吗? 答: 方程RT Mm pV '=描述了理想气体在某状态下,p ,V ,T 三个参量所满足的关系式。
对给定量气体(Mm '不变),经历一个过程后,其初态和终态之间有222111T V p T V p =的关系。
当温度不变时,有2211V p V p =,这就是玻意耳定律;当体积不变时,有2211T p T p =,这就是查理定律;当压强不变时,有2211T V T V =,这就是盖吕萨克定律。
由上可知三个定律是理想气体在经历三种特定过程时所表现出来的具体形式。
换句话说,遵从玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律的气体可作为理想气体。
2、为什么说温度具有统计意义? 讲一个分子具有多少温度,行吗?答:对处于平衡态的理想气体来说,温度是表征大量分子热运动激烈程度的宏观物理量,是对大量气体分子热运动状态的一种统计平均,这一点从公式kT v m 23212=中的2v 计算中就可以看出(∑∑=iii Nv N v22),可见T 本质上是一种统计量,故说温度具有统计意义,说一个分子的T 是毫无意义的。
3、解释下列分子运动论与热力学名词:(1) 状态参量;(2) 微观量;(3) 宏观量。
答:(1)状态参量:在一定的条件下,物质系统都处于一定的状态下,每个状态都需用一组物理量来表征,这些物理量称为状态参量。
(2)微观量:描述个别分子运动状态的物理量。
(3)宏观量:表示大量分子集体特征的物理量。
4、一定量的理想气体处于热动平衡状态时,此热力学系统的不随时间变化的三个宏观量和不随时间变化的微观量分别有哪些?建议:本题“不随时间变化的微观量分别有哪些”不知道通过该设问需要学生掌握什么东西。
其实从微观角度来讲,分子的任何量,如分子速度,动能,动量,严格说来甚至质量也是变化的。
可能会有人回答为平均速度、平均速率、平均自有程等,但那又是一种统计行为,该值对应着某些宏观量,这只能称为统计量,与微观量和宏观量相区别。