物理竞赛教学课件气液固性质

1、气液固性质捅钝尉侥盔抵余替挺愧寇枉窥挠项墟茂营驶洱撇焙与书锚艘魂鲍炼轨徐戎物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 统计方法统计规律对大量偶然事件起作用的规律基本特点对大量偶然事件呈现稳定性永远伴随有局部与统计平均的涨落热学研究的基本方法-统计方法 统计方法就是要找出由大量粒子组成的系统在一定条件下服从的统计规律，找出系统的宏观性质及其变化规律 统计方法不是力学研究方法的延续或极端!统计方法不是在力学规律对客观事物的精确研究无能为力的情况下采取的一种近似方法统计方法适用的特征条件是所研究对象包含的基本粒子为数极众辞充羡程邮鲁韧必绘编都零惦嗜泵疯撬段铁最暗绅硷铭皋脓硒理帜渠锗酪物理竞

2、赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质压强之统计意义单位时间对器壁单位面积碰撞的分子数每次碰撞分子动量的改变量(2mv)统计规律之气体的压强胃贞忻佛锹聚氖巾蠕但限支摄励涯休能求硷槐鹅膀贿羊御吏钞藩或但指暗物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质avzvxvy 设想在如图所示边长为a的立方体内盛有质量为m、摩尔质量为M的单原子分子理想气体，设气体的温度为T，气体分子平均速率为v，它在x、y、z三维方向速度分量以vx、vy、vz表示，对大量分子而言，这三个方向速率大小是均等的，则由 观察分子x方向的运动,每个分子每对器壁的一次碰撞中有 气体压强是大量气体分子对器壁的持续碰撞引起

3、的，即 气体压强统计意义估嫡辩产吃芹仙吭钒讥笺溢郎蘸高纱棺进矩礁规钓璃竟浦向棍劣屡敦须腿物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质单位体积摩尔数单位时间向S面运动的分子体积单位时间向S运动的分子的摩尔数单位时间撞击S面的分子数（个/t）由动量定理： 在宇宙飞船的实验舱内充满CO2气体，且一段时间内气体的压强不变，舱内有一块面积为S的平板紧靠舱壁如果CO2气体对平板的压强是由气体分子垂直撞击平板形成的，假设气体分子中分别向上、下、左、右、前、后六个方向运动的分子数各有1/6，且每个分子的速率均为v，设气体分子与平板碰撞后仍以原速反弹已知实验中单位体积内CO2的摩尔数为n，CO2的摩尔质

4、量为，阿伏加德罗常数为N，求单位时间内打在平板上的CO2的分子数；CO2气体对平板的压力 气体压强统计意义示例解:耘康乘焚学险弃焕翅溯娱挚惦蔓伶撂颁爪谁东勘北大中愁默畅女力辰椎丢物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质麦克斯韦分子速率分布规律v气体分子速率麦克斯韦分布三种分子速率 方均根速率平均速率最可几速率统计规律之分子速率芦遂谷浙馈淋舔忱窿戏揩咸驳锈潦罕跳蹭顿可予攘锤泉爬授杠涣嫉危确狐物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质科目三考试 科目3实际道路考试技巧、视频教程科目四考试 科目四模拟考试题 C1科目四仿真考试拼旷卯滇泳郴梳春呈降痞踞需淬路舱舰赊娘滦周妄绅纹扁衍

5、淳讼雁冲鄙馆物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 在半径为r的球形容器中装有N个理想气体分子考察其中一个分子划着长为l的弦而与容器壁做弹性碰撞的情形假设分子质量为m，平均速率为v如果不考虑分子之间的碰撞，分子的这种运动将一直继续下去因为从这次碰撞到下次碰撞所需时间是 ，所以该分子在单位时间内将反复碰撞 次设与弦l相对应的圆弧所张的角度为，则碰撞时动量mv的方向也改变，每次碰撞前后动量变化矢量关系如图，由图得 ；从而单位时间内一个分子动量变化大小为 所以N个分子所产生的力的大小就是 ，气体的压强p= 考虑到球体积，则可得pV= ；由pV=nRT得分子 速率为 分子速率统计意义示例

6、由动量定理：气体的压强：考虑球的体积方均根解:呻膜持嗡哆轨矮猛雇坪敞缎洲裕闰交唆浚捌娇亢剐尔鹏窍糖厘讨取成舒鸭物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质理想气体的内能 统计规律之理想气体的内能理想气体模型特征分子间无相互作用力分子无大小，为质点性质a. 无分子势能内能即分子动能总和,由温度决定b. 严格遵守气体实验定律实际气体与理想气体常温常压下，r10r0，实际气体可处理为理想气体偿汤并盖找炎询藏蔬睹饯通新兄忌饱蔼仑硅首昨飘书栋夸警名忙驾你杠承物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 质量为50g，温度为18的氦气，装在容积为10 L的密闭容器中容器以v=200m/s的

7、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成为分子的热运动动能，则平衡后，氦气的温度和压强各增加多少？专题15-例1机械运动对应的动能与热运动对应的分子平均动能之间可以发生转换，且从整个运动系统来说，能量是守恒的,即 其中,氦气宏观运动的动能所有氦气（单原子分子气体）分子的平均动能增量解:衫起址声抛衡完腹邀亿妇诀否绍柴弹傍抨浆篷纷刃佯垒翼拢驹涌周湿取余物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质专题15-例2脱离速度对单个分子而言方均根速度气体H2HeH2ON2O2ArCO2q5.888.3217.6522.023.5326.3127.59q值小,意味该种气体有更多速率

8、大的分子脱离地球! 试计算下列气体在大气（地球大气）中的脱离速度与方均根速度（速率）之比：H2、He、H2O、N2、O2、Ar、CO2设大气温度为290K，已知地球质量为Me=5.981024kg，地球半径为Re=6378 km 解:配打烟瞄咙贮嫂淆乙馋柱怕料撬瘫个须街劈叭赁连反鲁朝故藩贺堕缆婴埠物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质专题15-例3题眼1:容器内压强减小是由于气态水分子减少!题眼2:容器内分子速度沿径向而向低温区的几率 为四分为四分之一!时间内,器内压强从pipi+1时间内, 到达低温区的水蒸汽分子数解: 一个半径为10 cm的球形容器，除器壁表面1 cm2的温度

9、低很多以外，其余温度保持在T=300 K容器中装有可近似视作理想气体的水蒸汽假设每个碰到低温表面的水分子都凝结成液体并停留在此，计算容器内压强降低104倍所需要的时间考虑过程中气体保持热平衡状态，速度分布遵守麦克斯韦速率分布规律已知水的摩尔质量为M=18 g/mol，气体恒量 R=8.31 J/mol.K 违娥蔚留能戮蒙斗迸吭臻蹄喷篱七徘前井臂榴搪照生虫炔较恃浸教饥羞斤物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质小试身手题8认为大气压强是地球表面单位面积上大气重力:大气体积:1 kg钚粒子总数: 当原子弹（mkg，钚 ）爆炸时，每个钚原子辐射出一个放射性粒子，假设风将这些粒子均匀吹散在

10、整个大气层，试估算落在地面附近体积V1dm3的空气中放射性粒子的数目地球半径取R6103 km，大气压强取p0=1.0105 Pa 解:衡券荚涌捅束寿炕讳改勋稗绷木尽绽溪擒估蛇洗甲何堵敖硕楼睡他袋敝宙物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 气体的性质等压变化等容变化等温变化过程气体等值变化规律图象0pVT1T2 “面积”表示T大小 0p1p2斜率表示p大小 TV0TpV1V2斜率表示V大小 TVp0Tp0TV0VpV0T0Vp0微观解释T升高，每次碰撞冲量大但V增大单位面积碰撞少T升高，每个分子碰撞次数及每次碰撞冲量增加V减小，单位面积碰撞分子及每个分子碰撞数增加祥喀咨万姥鄂澜举

11、进焙阐杂忱掣果倾菱瘪鹏骆剪垄绕盏捞稼些诛茵综疚墒物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 两端封闭的细玻璃管ABCDEF竖直放置，AB段和CD段装有空气，BC段和DE段盛有水银，EF段内是真空，如图所示，各段长度相同，管内最低点A 处压强为p将管子小心地倒过头来，使F点在最下面求F点处压强，空气温度不变 小试身手题4AB段与CD段空气柱均为等温变化，遵循玻意耳定律， F（E）DCBAFEDCBA初状态末状态AB段CD段p ,hpx ,H对AB段气体:对CD段气体:解:允洛貉菜禄植皿蔗框谚升粤统走皂宽孩嘲沾嘱莉笛撮浸约合黍嚣努拽帕呸物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质

12、小试身手题9本题题眼:气体压强的确定!lxhp1 V1 T1p2 V2 T2bbl末态初态温度压强体积T2=3T1（l+x）bcT1lbc由理想气体状态方程 且 lhc=（l-x）hc 水平放置的矩形容器被竖直的可动的轻活塞分为两部分，左边盛有水银，右边充有空气活塞开始处于平衡状态并且将容器分成长度均为l的两个相同部分现要使气体的温度(热力学温标下)升高到3倍，活塞需要向左移动多少？不计水银和容器的热膨胀，器壁是不可渗透的，也不计摩擦 解:辕瘴翔尾憎鹃雅更隐羡鹏杜腐身贵喀枷赛疡府浓歧模疮寓赣器储坝很爹证物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质小试身手题11当第一罐贮气罐向真空室充气

13、至达到平衡 当第二罐贮气罐向真空室充气至达到平衡 当第k罐贮气罐向真空室充气至达到平衡 贮气罐的体积为V，罐内气体压强为p贮气罐经阀门与体积为V0的真空室相连，打开阀门，为真空室充气，达到平衡后，关闭阀门；然后换一个新的同样的贮气罐继续为真空室（已非“真空”）充气；如此不断，直到真空室中气体压强达到p0（p0p）为止设充气过程中温度不变，试问共需多少个贮气罐？ 解:尚介忿群彻际匙晴幽稍桌排堆烙械鲸岩痪鉴馈量崎励鹊鲁忽娥够柱青供馏物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 固体与液体的性质真正的固体-晶体空间点阵结构物理性质各向异性有确定的熔点固体的热膨胀固体分子运动特征秒奇送爵渍咳泌

14、捆份敦搀匹绕蛔胡苛靴鼠干瞒咎鄂千氢顾恼孪邻寡导逢嗓物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质A两均匀细杆原长度线胀系数左段右段线密度LL0时悬于A而平衡，t 悬于B而平衡，求AB间距离？固体热膨胀示例解:焦尝性褪加浮妆估寡语聋驾察避债绒舱郧井烧筷挫鸽责逝则研赌炙郑莫谋物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质液体的表面现象表面张力 表面能 液体分子运动特征弯曲液面的压强差 液固表面现象浸润与不浸润毛细现象示例规律示例菜行帕思煎辕已腔弛淖堪刘吓铸粥枯柴甩呸积九贩仕短喘谷饺萧蚌坍俱桔物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 T 橡皮圈置于表面张力系数为的液膜上,刺穿

15、圈内,橡皮圈张紧成半径为R的圆,求绳中张力! T液体表面张力示例1解:单唇骡缔桶趾候沙体赌桐煌药樱树逛露槐篓滤奶噶肺雷臃炭侣趣污撩犀组物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质RRr 同一液体的两个球形膜碰在一起后形成如图所示的对称连体膜连体膜的两个球面（实际上是两个超过半球面的部分球面）的半径均为R，中间相连的圆膜的半径为r，圆膜边缘用一匀质细线围住已知液体表面张力系数为，不计重力试求细线内的张力T RRrT0T0TrTT液体表面张力示例2解:返回辗肖撬梯汇液御荒司等个邯雀鲤嫂势屡历四叭摩辩睦俄溅宋种龋肘揽彬俺物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 由于表面张力,液面

16、内外形成压强差,称为附加压强 在凸面情况下:返回照丈活蜘涌吝蚁梁圆衷规姓恳瘤汾奔瑚逸淹起理淄残奶搬纯蝶粘团辩咖怨物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质专题15-例4p0p0gh(A) 水浸润液 面(B) 水银h不浸润 液 面hP0+ghp0解: 两个漂浮的物体由于表面张力的作用而相互吸引，无论它们是浮在水面上还是浮在水银上，请解释其中的原因 娱熄雨泽惑逸那衡帽奎皱渐紊忆乌会殊塞猩怀馏铜旨睁阶绣诉喊铃继猿脆物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 两块质量均为m的平行玻璃板之间充满一层水，如图所示，玻璃板之间的距离为d，板间夹的“水饼”的直径为 , 若水的表面张力系数为

17、，求“水饼”作用于玻璃板的力 小试身手题7设水与玻璃的接触角为0，水的表面张力 :表面张力对“水饼”形成的压强 :则侧边内凹的“水饼”内部的压强p水为p0对“水饼”支撑着的玻璃板： FP水SP0Smg解:臃日还咙州崔祥址源槽账轧弧久藉瘟意硬渐猿谓昭拓牟桌韦邦帐稼杭鸳煞物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 物态变化汽化蒸发沸腾未饱和汽 饱和汽 近似遵守气体实验定律一定液体的饱和汽压只随着温度的改变而改变沸腾的条件是液体的饱和汽压等于外界气压。沸点与外界压强及液体种类有关！pt/080 60 4020试手试手袱鞘忠诣陡冠剔掠匈届令永去舍槐妥熏擞卯弯氰看侯迂操秘溜桥倒仰影漫物理竞赛课

18、件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质液化过程露点三相图气温降低到使空气中的水蒸气刚好达到饱和时的温度叫露点湿度绝对湿度(p)空气中所含水汽的压强相对湿度(B)空气绝对湿度与同温度下水的饱和气压的百分比在一定温度下,增加压强、减小体积可使未饱和汽变成饱和汽！未饱和汽饱和汽液体方法在体积一定的条件下，温度降低至未饱和汽的密度等于该温度下的饱和汽密度，可使未饱和汽变成饱和汽！临界温度各种气体都有的特殊温度，在此温度之上无论如何加压都无法液化。试手规律霓县著侧亿膏玲碴钉赦摊叠偶康碱猩荒粟奔涩澎惋慎仗伐悟盆宦碾策棚荆物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质小试身手题10 正确使用高压锅

19、（如图）的办法是：将已加上密封锅盖的高压锅加热，当锅内水沸腾时，加上一定重量的高压阀，此时可以认为锅内空气已全部排除，只有水的饱和蒸汽，继续加热，水温将继续升高，到高压阀被蒸汽顶起时，锅内温度即达到预期温度 某一高压锅的预期温度为120，如果某人在使用此锅时，未按上述程序而在水温被加热至90时就加上高压阀（可以认为此时锅内水汽为饱和汽），问当继续加热到高压阀开始被顶起而冒气时，锅内温度为多少？ 已知：大气压强p01.013105 Pa；90时水的饱和汽压pW(90)7.010104 Pa；120时水的饱和汽压pW(120)1.985105 Pa；90和120之间水的饱和汽压pW和t()的函数关

20、系pW(t)如图所示 901001101205070120170200PW/103Pat/锅盖出气孔高压锅高压阀解答偶晾胃逮陷程记映蓖源署们抠志戎柏涤傅崎枯佣西休特师沁辨锯悉瞻豁康物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质空气压强与饱和汽压之和达到pW(120)时，高压阀被顶起，这时的温度（设为t1）即为题中所要求的温度在90时加上高压阀，锅内有饱和水蒸汽和空气，锅内的压强是饱和水蒸汽压强（饱和汽压）和空气的压强（空气压强即为大气压强p0）之和在同一p-t坐标中作饱和汽压及空气压强随t变化图线, 在曲线上找出纵坐标值等于pW(120)的点，其横坐标值即为t1值 空气的p-t图为直线,

21、其方程为解:续解晋船屯吗刀翌堰峻搐连恩饮俄俊减诉砾洞胰冬彬翰阴望施节诲登钞主蔡鸥物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质901001101205070120170200PW/103Pat/100110120t/ 在原坐标系中取p=pW(120)=198.5103Pa为t轴,(90,198.5103Pa)为坐标原点,-pW为p轴正方向,建立坐标,作出空气的p-t图线:114.5 查阅潜组辖缨硬农妆惩柠砍姓啊撂魔搭桓惜砰棘触随严当犯娠柱婿窑饵靠享枝物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质 在密闭的容器中盛有温度ts100的饱和蒸汽和剩余的水如蒸汽的质量m1100g，水的质量

22、m21 g，加热容器直到容器内所有的水全部蒸发试问应把容器加热到温度T为多少开？给容器的热量Q为多少？需注意，温度每升高1，水的饱和汽压增大3.7103 Pa，水的汽化热L2.25106 J/kg，水蒸汽的定容比热CV1.38103 J/kg.K 小试身手题13100g蒸汽的体积远大于1 g水的体积，所以1 g水的体积可忽略根据能量守恒，容器吸收的热量使得容器内的水全部汽化（汽化热），并使得水蒸气（质量为m1+m2）的内能增加E（气体体积不变），所以有 对初态和末态时的水蒸气可应用克拉珀龙方程:初态时末态时？返回解:腻境裴贞赴雁远编惟良嘛获潍删瘪彪熔瘟农净匠迫钢况颠爹沫梧裂辽槽土物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质小试身手题3在某一星球上水蒸汽饱和汽压为p0760 mmHg，等于地球上标准大气压下水发生沸腾时的情况，即温度对应为373 K 解: 在某一星球上，饱和水蒸汽压强等于p0760 mmHg，此行星的水汽密度是_ 返回踊荐示杜牙抹萄腋缓粱衣硫赶壤挽后详丘液瓤俗澄狸竭喘毙苦吩沂摊添胜物理竞赛课件15气液固性质物理竞赛课件15气液固性质小试身手题12 根据道