1、核反应吸收能量放出能量核子结合成原子核有些重核分裂成中等质量的核有些轻核结合成中等质量的核OZABCDEFFe核子平均质量聚变裂变nHeHH10423121+17.6MeVHHHH11312121nHeHH104231211、必须让轻核的距离非常接近、必须让轻核的距离非常接近m10152、必须让轻核具有很大的动能、必须让轻核具有很大的动能1kE2kE可以将轻核加热到很高的温度 热学是研究与热现象有关的规律的科学。热学是研究与热现象有关的规律的科学。热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。热现象是物质中大量分子无规则运动的集体表现。大量分子的无规则运动称为热运动。大量分子的无规则运动称为热运
2、动。1、一壶水开了，水变成了水蒸气。、一壶水开了，水变成了水蒸气。2、温度降到、温度降到0以下，液体的水变成了固体的冰块。以下，液体的水变成了固体的冰块。3、气体被压缩，产生压强。、气体被压缩，产生压强。4、物体被加热，物体的温度升高。、物体被加热，物体的温度升高。热现象热现象热物理学热物理学宏观法与微观法相辅相成。宏观法与微观法相辅相成。热学的研究方法：热学的研究方法：1.宏观法宏观法.最基本的实验规律最基本的实验规律逻辑推理逻辑推理(运用数学运用数学)-称为称为热力学热力学。优点：优点：可靠、普遍。可靠、普遍。缺点：缺点：未揭示微观本质。未揭示微观本质。2.微观法微观法.物质的微观结构物质
3、的微观结构+统计方法统计方法 -称为称为统计力学统计力学 其初级理论称为气体分子运动论其初级理论称为气体分子运动论(气体动理论气体动理论)优点：优点：揭示了热现象的微观本质。揭示了热现象的微观本质。缺点：缺点：可靠性、普遍性差。可靠性、普遍性差。气体动理论气体动理论热力学研究的对象热力学研究的对象-热力学系统热力学系统.一一.热力学系统热力学系统热力学系统以外的物体称为热力学系统以外的物体称为外界外界。孤立系统孤立系统:系统和外界完全隔绝的系统系统和外界完全隔绝的系统例：若汽缸内气体为系统，其它为外界例：若汽缸内气体为系统，其它为外界1 分子运动的基本概念分子运动的基本概念 二二.系统状态的描
4、述系统状态的描述 微观量：微观量：分子的质量、速度、动量、能量等。分子的质量、速度、动量、能量等。宏观量：宏观量：温度、压强、体积等。温度、压强、体积等。在宏观上不能直接进行测量和观察。在宏观上不能直接进行测量和观察。在宏观上能够直接进行测量和观察。在宏观上能够直接进行测量和观察。宏观量与微观量的关系：宏观量与微观量的关系：宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章宏观量与微观量的内在联系表现在大量分子杂乱无章的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中，所测的热运动遵从一定的统计规律性上。在实验中，所测量到的宏观量只是大量分子热运动的统计平均值。量到的宏观量只是大量分子热运动的统计平均值。三
5、三.基本原理基本原理:1.自然界中一切物体都是由大量不连续的、彼此间有自然界中一切物体都是由大量不连续的、彼此间有 一定距离的微粒所组成一定距离的微粒所组成,这种微粒称为分子这种微粒称为分子.2.分子间有相互作用力分子间有相互作用力.3.分子永不停息地作无规则的运动分子永不停息地作无规则的运动.2 气体的状态参量气体的状态参量 平衡态平衡态一、体积一、体积V气体分子所能达到的空间范围气体分子所能达到的空间范围.单位单位:m3二、压强二、压强P气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力气体作用于容器壁单位面积的垂直作用力.单位单位:Pa 1Pa=1N/m21.1mmHg=133.3Pa2.标准大气压标
6、准大气压(atm)Pa10013.1mmHg760tm15a三、温度三、温度 t,T反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度反映系统内部大量分子作无规则剧烈运动程度1.摄氏温标摄氏温标(t)单位单位:2.热力学温标热力学温标(T)单位单位:K两者换算关系两者换算关系:T=273.15+t状态参量：状态参量：表征气体有关特性的物理量表征气体有关特性的物理量 如如P、V、T等等四四.平衡状态平衡状态 在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能在不受外界影响（即系统与外界没有物质和能量的交换）的条件下，无论初始状态如何，系统的量的交换）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
7、变化的状态。宏观性质在经充分长时间后不再发生变化的状态。平衡态：平衡态：准静态过程：准静态过程：如果状态变化过程进行得非常缓慢，以如果状态变化过程进行得非常缓慢，以至过程中的每一个中间状态都近似于平衡态，这样的至过程中的每一个中间状态都近似于平衡态，这样的过程称为过程称为“准静态过程准静态过程”，又称，又称“平衡过程平衡过程”。恒量222111TVPTVP（质量不变）（质量不变）3 理想气体物态方程理想气体物态方程3.1 气体的实验规律气体的实验规律一一.气体定律气体定律二二.阿伏伽德罗定律阿伏伽德罗定律在相同的温度和压强下在相同的温度和压强下,1摩尔的任何气体所占据的体积摩尔的任何气体所占据
8、的体积都相同都相同.在标准状态下在标准状态下,即压强即压强P0=1atm、温度、温度T0=273.15K时时,1摩尔的任何气体的体积均为摩尔的任何气体的体积均为 v0=22.41L/mol123mol10022.6AN3.2 理想气体理想气体理想气体：理想气体：在任何情况下都严格遵守在任何情况下都严格遵守“波波-马定马定律律”、“盖盖-吕定律吕定律”以及以及“查理定律查理定律”的气体。的气体。3.3 理想气体物态方程理想气体物态方程恒量222111TVPTVP（质量不变）（质量不变）)(,标准状态oooTVPTVP标准状态：标准状态：Pa1001325.15oPK15.273oT33m104.
9、22molVmolmoloVMMV omolomoloooTVPMMTVPTPVM 为气体的总质量。为气体的总质量。M mol为气体的摩尔质量。为气体的摩尔质量。其中：其中：理想气体物态方程：理想气体物态方程：RTMMPVmol令：令：)KmolJ(31.811omoloTVPRR 称为称为“普适气体常数普适气体常数”omolomoloooTVPMMTVPTPV代入：阿伏伽德罗常数：阿伏伽德罗常数：123mol10022.6AN玻耳兹曼常数：玻耳兹曼常数：)KJ(1038.1123ANRk设：分子质量为设：分子质量为 m，气体分子数为，气体分子数为N，分子数密度分子数密度 n。mNM Amol
10、mNMRTMMPVmolNkTTkNmNmNAA理想气体物态方程：理想气体物态方程：nkTP 标准状态下的分子数密度：标准状态下的分子数密度：洛喜密脱数：洛喜密脱数：)m(1069.2325on例例3.1;3.2(p107-108)4.1 压强的成因压强的成因分子热运动的平均速率约分子热运动的平均速率约 v=500m/s；分子数密度分子数密度 3 1019 个分子个分子/cm3=3千亿个亿；千亿个亿；分子之间有一定的间隙，有一定的作用力；分子之间有一定的间隙，有一定的作用力；分子的平均碰撞次数约分子的平均碰撞次数约 z=1010 次次/秒秒。4 气体动理论压强公式气体动理论压强公式压强压强:气
11、体作用于容器壁单位面积上的垂直作用力气体作用于容器壁单位面积上的垂直作用力4.2 理想气体的微观模型：理想气体的微观模型：1.分子线度与分子间距相比较可忽略，分子看作质点。分子线度与分子间距相比较可忽略，分子看作质点。2.除了分子碰撞的瞬间外，忽略分子间的相互作用。除了分子碰撞的瞬间外，忽略分子间的相互作用。3.气体分子在运动中遵守经典力学规律，假设碰撞为气体分子在运动中遵守经典力学规律，假设碰撞为 弹性碰撞弹性碰撞;4.除需特别考虑外除需特别考虑外,不计分子所受到的重力。不计分子所受到的重力。4.3 理想气体压强公式及其意义理想气体压强公式及其意义231vmnP tnnkTP32kTt23结
12、论：结论：温度标志着物体内部分子热运动的剧温度标志着物体内部分子热运动的剧烈程度，它是大量分子热运动的平均平动烈程度，它是大量分子热运动的平均平动动能动能 的统计平均值的量度。的统计平均值的量度。t5 气体动理论温度公式气体动理论温度公式kTvmt23212方均根速率：方均根速率：mkTv32molAAMRNmkNmk方均根速率：方均根速率：molMRTmkTv332例例1.体积为体积为10 l 的瓶内贮有氢气的瓶内贮有氢气.在温度为在温度为280K时气压计读数为时气压计读数为 5.07106Pa.过了些时候过了些时候,温度增为温度增为290K,但因开关漏气但因开关漏气,气压气压 计读数仍没有
13、变化计读数仍没有变化.问漏去了多少氢气问漏去了多少氢气?解解:设瓶内原有的氢气质量为设瓶内原有的氢气质量为m1,后来变为后来变为m2.132211molkg102,molmolmolMRTpVMmRTpVMm)kg(1050.1)29012801(31.810101007.5102)11(33632121TTRpVMmmmol例题例题2.两瓶不同种类的气体，其分子平均平动动能两瓶不同种类的气体，其分子平均平动动能相等，但分子数密度不同。问：它们的温度是否相相等，但分子数密度不同。问：它们的温度是否相同？压强是否相同？同？压强是否相同？解：解：kTt2321tt21TT nkTP 2121,TT
14、nn21PP 例题例题3：试求氮气分子的平均平动动能和均方根速试求氮气分子的平均平动动能和均方根速率。设（率。设（1）在温度）在温度t=1000时；（时；（2）t=0时；时；（3）t=-150 时。时。解：解：1231kTtJ1063.212731038.1232023molMRTv121313sm10641028127331.832232kTtJ1065.52731038.1232123molMRTv222313sm493102827331.833233kTtJ1055.221molMRTv32331sm9.3306.1 运动自由度的概念气体分子运动的自由运动自由度的概念气体分子运动的自由度
15、度 决定某物体在空间的位置所需要的独立决定某物体在空间的位置所需要的独立坐标数目。坐标数目。自由度：自由度：作直线运动的质点：作直线运动的质点：一个自由度一个自由度作平面运动的质点：作平面运动的质点：二个自由度二个自由度作空间运动的质点：作空间运动的质点：三个自由度三个自由度6 能量按自由度均分定理能量按自由度均分定理理想气体的内能理想气体的内能运动刚体的自由度：运动刚体的自由度：zyx Czxy1coscoscos222结论：结论：自由刚体有自由刚体有六六个自由度个自由度三个三个平动平动自由度自由度三个三个转动转动自由度自由度单原子分子：单原子分子：一个原子构成一个分子一个原子构成一个分子三
16、原子分子：三原子分子：三个原子构成一个分子三个原子构成一个分子双原子分子：双原子分子：两个原子构成一个分子两个原子构成一个分子三三个自由度个自由度氢、氧、氮等氢、氧、氮等五五个自由度个自由度氦、氩等氦、氩等水蒸汽、甲烷等水蒸汽、甲烷等六六个自由度个自由度6.2 能量按自由度均分定理能量按自由度均分定理单原子分子：单原子分子：kTvmvmvmvmzyxt23212121212222222231vvvvzyxkTvmvmvmzyx21212121222能量均分定理：能量均分定理：在温度为在温度为T 的平衡态下，物质分子的每一个自的平衡态下，物质分子的每一个自由度都具有相同的平均动能，其大小都等于由
17、度都具有相同的平均动能，其大小都等于kT/2。分子平均能量：分子平均能量：kTi2“i”为刚性分子自由度为刚性分子自由度单原子分子：单原子分子：kT233i多原子分子：多原子分子：kT266i双原子分子：双原子分子：kT255i非刚性双原子分子除平动能、转动能，还有振动能：非刚性双原子分子除平动能、转动能，还有振动能：振动自由度振动自由度 s=1222121krrm振动每个振动自由度分配平均能每个振动自由度分配平均能 2 倍倍kT21设平动自由度设平动自由度 t，转动自由度转动自由度 r，振动自由度振动自由度 s，平均能量：平均能量：kTsrt21)2(6.3 理想气体的内能理想气体的内能一、
18、内能的概念一、内能的概念内能内能:系统处在一定的状态应具有一定的能量系统处在一定的状态应具有一定的能量,它是它是 状态的单值函数。状态的单值函数。在热力学中在热力学中,它是分子热运动的动能和分子间的势能它是分子热运动的动能和分子间的势能,用用E表示表示。理想气体的内能：理想气体的内能：RTiMMEmol2二、理想气体的内能二、理想气体的内能7.1 速率分布概念速率分布概念设有设有N=100个分子，速率范围：个分子，速率范围：0 300 ms-1 vNNN1sm10001sm2001001sm30020020 50 300.2 0.5 0.3单个分子速率不可预知，大量分子的速率分布是遵单个分子速
19、率不可预知，大量分子的速率分布是遵循统计规律，是确定的，这个规律也叫循统计规律，是确定的，这个规律也叫麦克斯韦速麦克斯韦速率分布律。率分布律。7 气体分子热运动的速率分布规律气体分子热运动的速率分布规律vNN单位速率区间内分子数占总分子数的百分比：单位速率区间内分子数占总分子数的百分比：v物理意义：物理意义：速率在速率在 v附近，单位速率区间内分子数占总分子数附近，单位速率区间内分子数占总分子数的百分比。的百分比。速率分布函数：速率分布函数：vNNvNNvfvdd1)(lim0（几率密度）（几率密度）NNvvfdd)(一般来说一般来说,它是和它是和f(v)成正比成正比显然显然归一化条件归一化条
20、件01d)(vvf7.2速率分布函数速率分布函数7.3 麦克斯韦速率分布定律麦克斯韦速率分布定律22232)2(4)(vekTmvfkTvm f(v)vdvNNvvfdd)(f(v)vv2v1结论：结论：在麦克斯韦速率分布曲线下的任意一块面积在数在麦克斯韦速率分布曲线下的任意一块面积在数值上等于相应速率区间内分子数占总分子数的百分率。值上等于相应速率区间内分子数占总分子数的百分率。NNvvfvvd)(217.4 气体分子热运动速率的三种统计平均值气体分子热运动速率的三种统计平均值(1)最概然速率：最概然速率：0)(ddvfvmolmolpMRTMRTmkTv41.122f(v)vpv(2)平均
21、速率：平均速率：设：设：速率为速率为v1的分子数为的分子数为 N1个；个；速率为速率为v2的分子数为个的分子数为个 N2；。总分子数：总分子数：N=N1+N2+Nn NvNvNvNNvNvnnii2211vvvfNNvvd)(dmolmolMRTMRTmkTv60.188(3)方均根速率：方均根速率：vvfvvd)(22molmolMRTMRTmkTv73.1332同理有同理有:vvfvvnnd)(0f(v)vpvv2v例题例题4.4.图为同一种气体，处于不同温度状态下的速图为同一种气体，处于不同温度状态下的速率分布曲线，试问（率分布曲线，试问（1）哪一条曲线对应的温度高？）哪一条曲线对应的温
22、度高？（2)如果这两条曲线分别对应的是同一温度下氧气和如果这两条曲线分别对应的是同一温度下氧气和氢气的分布曲线，问哪条曲线对应的是氧气，哪条氢气的分布曲线，问哪条曲线对应的是氧气，哪条对应的是氢气？对应的是氢气？解：解：molpMRTv2(1)T1 v 0)0 (v vo)1、作速率分布曲线。、作速率分布曲线。2、由、由N和和vo求常数求常数C。3、求粒子的平均速率。求粒子的平均速率。4、求粒子的方均根速率。、求粒子的方均根速率。Cvov)(vfo解：解：1dd)(00ovCvvCvvfoovC12dd)(200ovvvCvCvvvvfvoo2212ooovvvv20202231dd)(ovvvCvvvfvvoovv332
