2021-2022学年高二物理竞赛课件：热学（13张PPT）

1、热 学热学涉及到宏观与微观两个层次 热力学与统计物理的发展, 加强了物理学与化学的联系, 建立了物理化学这一门交叉科学 . 宏观理论热力学的两大基本定律: 第一定律, 即能量守恒定律; 第二定律, 即熵增加定律 . 玻尔兹曼与吉布斯发展了经典统计力学 . 科学家进一步追根问底, 企图从分子和原子的微观层次上来说明物理规律, 气体分子动理论应运而生 . 前 言 一. 热学的研究对象及内容 对象：宏观物体（大量分子原子系统）或物体系 热力学系统 。 内容：与热现象有关的性质和规律。外界系统外界例如汽缸：二 . 热学的研究方法 热力学（thermodynamics）宏观基本实验规律热现象规律逻辑推理

2、特点：普遍性、可靠性。 统计力学（statistical mechanics）对微观结构提出模型、假设统计方法热现象规律特点：可揭示本质，但受模型局限。气体动理论热力学相辅相成1. 系统和外界热力学所研究的具体对象，简称系统。系统是由大量分子组成，如气缸中的气体。系统以外的物体例如：热传递、质量交换等 热力学系统 外界系统与外界可以有相互作用系统的分类开放系统系统与外界之间，既有物质交换，又有能量交换。三. 几个概念封闭系统孤立系统系统与外界之间，没有物质交换，只有能量交换。系统与外界之间，既无物质交换，又无能量交换。宏观量 2. 宏观量（macroscopic quantity）：表征系统宏

3、观性质的物理量（可直接测量）。如：温度、压强、体积。广延量（有累加性）：如M、V、E 强度量（无累加性）：如p、T 描写单个微观粒子运动状态的物理量只能间接测量）。3. 微观量（microscopic quantity）：（一般如分子的5-1 热运动的描述 理想气体模型和物态方程5-2 分子热运动和统计规律5-3 理想气体的压强和温度公式5-4 能量均分定理 理想气体的内能5-5 麦克斯韦速率分布律5-6 麦克斯韦玻耳兹曼能量分布律 重力场中粒子按高度的分布 5-7 分子碰撞和平均自由程5-8 气体的输运现象5-9 真实气体 范德瓦耳斯方程第五章 气体动理论 一、状态参量1. 体积 V 气体分

4、子所能到达的空间。2. 压强 p 气体分子垂直作用于器壁单位面积上的 力，是大量气体分子与器壁碰撞的宏观 表现。 1atm =760 mmHg =1.01105 Pa 为了描述物体的状态，常采用一些物理量来表示物体的有关特性，例如体积、温度、压强、密度等，称状态参量（state parameter）。5-1 热运动的描述 理想气体模型和物态方程 热力学温标(T：K)与摄氏温标(t：)： t /=T /K-273.153. 温度 T 反映物体冷热程度的物理量，其高低反 映内部分子热运动的剧烈程度。二、平衡态 准静态过程 平衡态（equilibrium state）：在不受外界影响（即系统与外界没

5、有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。要注意区分平衡态与稳定态。平衡态T1T1热库（恒温）系统稳定态T2热库热库T1（恒温）（恒温）系统说明：(1) 不受外界影响是指系统与外界不通过作功或传热的方式交换能量，但可以处于均匀的外力场中；(2)从微观角度，存在热运动，又称为热动平衡状态；(3) 平衡态的气体系统宏观量可用一组确定的值(p,V,T)表示；(4) 平衡态是一种理想状态。 当气体的外界条件改变时，气体从一个状态不断地变化到另一状态，如果状态变化过程进展得十分缓慢，使所经历的一系列中间状态，都无限接近平衡状态，这个过程就叫做准静态过程（quasi-static process）或平衡过程（equilibrium process）。 始平衡态 一系列平衡态末平衡态三、理想气体物态方程理想气体（ideal gas）：在任何情况下都严格遵守波意耳定律、盖吕萨克定律以及查理定律的气体。是实际气体在压强趋于零时的极限。 当质量为m、摩尔质量为的理想气体处于平衡态时，它的状态参量（p、 V、T） 满足方程：（理想气体物态方程）（