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《大学物理》2011版（14-22章）教案
第6章气体动理论
第7章热力学基础
第14章振动
第15章机械波
第16章电磁波
第17章光干涉
第18章衍射
第19章偏振
第20章狭义相对论
第21章电磁辐射量子性
第22章量子力学基础

第二篇 热学
热学: 研究热现象宏观特征及微观本质。
热力学系统：热学的研究对象，它是由大量粒子(如原子、分子)组成的物质体系。
热力学: 不涉及物质的微观结构，只根据观察和实验所得热力学规律，用逻辑推
理方法研究系统在物态变化过程中有关热功内能及相互转换的特点。
（可检验统计物理学微观理论正确性)
统计物理学: 从微观结构出发，依据力学规律，用统计方法来推求宏观量与微观
量统计平均值间的关系，解释宏观热现象及有关规律的微观本质。
（可揭示微观机制使热力学理论获得更深刻的意义）
微观量: 描述单个粒子运动状态的物理量 (如质量、位置、动量、能量等)。
微观态: 相应的各粒子的微观量描述的系统状态。
宏观量: 描述系统整体特性的可观测物理量 (如温度、压强、热容等)。
宏观态: 相应的用一组宏观量描述的系统状态。
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第六章 气体动理论
本章以理想气体为研究对象，从气体分子无规热运动出发，运用统计方法研
究大量气体分子的热运动规律，给出微观模型解释。
基本要求
* 从宏观和统计意义上理解压强、温度、内能等概念。
* 理解理想气体的压强公式和温度公式，推导气体压强公式，了解从模型、统
计平均、宏观量与微观量到宏观量的微观本质。
* 了解玻耳兹曼能量分布律,麦克斯韦速率分布律及速度分布函数和速率分布
曲线的物理意义。
* 了解气体分子平均碰撞频率及平均自由程。
教学内容
§6-1 理想气体物态方程
§6-2 理想气体的压强和温度
§6-3 能量均分定理和理想气体的内能
§6-4 分子的速率分布和能量分布
§6-5 气体分子的碰撞
作业
6-02）、6-04）、6-06）、6-08）、6-10)
6-13）、6-15）、6-16）、6-18）、6-19）、
6-23）、6-26）、6-29）、6-31）、6-33）。
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§6-1 理想气体物态方程
一 平衡态
在不受外界影响的条件下，系统宏观性质不随时间变化的状态称为平衡态。。
平衡态是一理想的状态，是一个热动平衡状态。一个真实的系统或多或少都会受
到外界的影响，状态不可能绝对不变。在状态不变情况下，由于热运动，各粒子
的微观量和系统的微观态都会不断地发生变化，平衡态是一种热动平衡状态。
二 气体的状态参量
对一定量气体，其宏观状态可用气体体积V、压强P、温度T来描述，这三个物
理量称为气体的状态参量。
1 体积：
盛气体容器的容积，
SI制: 米3(m3)，常用：升(L)
1 m3＝1000L
2 压强：
大量气体分子频繁碰撞容器壁产生的平均效果的宏观表现，与分子无规则
热运动的频繁程度和剧烈程度有关。
国际单位制: 帕斯卡(Pa)，常用：厘米汞高、标准大气压等，
1cmHg(厘米汞高) ＝ 1.333×103Pa
1atm(标准大气压)＝ 76cmHg ＝1.013×105Pa
3 温度：
设系统A和B原处在各自的平衡态，互相接触，发生热传递, 经过充分长
一段时间后，系统A和B将达到一个共同的平衡态。
* 热力学第零定律:
有A、B、C三个热力学系统，当A和B都分别与系统C处于热平衡，那么A
和B必处于热平衡。
* 温度: 处于同一热平衡状态的所有热力学系统都具有某种共同的宏观性质，
描述这个宏观性质的物理量就是温度。
* 国际单位制: 开尔文，符号K (热力学温标)
* 摄氏温标与热力学温标的关系: t＝T－273.15
三 理想气体物态方程
1.理想气体的微观模型：分子没有大小，可看成弹性质点，除碰撞外分子间没有
作用力，由这种运动着的弹性分子组成的气体叫做理想气体。
2.理想气体物态方程:
对一定量的理想气体
(6-1)
式中: R＝8.31J·mol－1·K－1 为普适气体常量，
为气体的摩尔数，
其中: m为气体质量，M为气体摩尔质量，N为气体分子数，
NA = 6.02×1023mol-1 为阿伏加德罗常量。
可写成:
或: (6-2)
式中 : 称为气体分子的数密度；
＝1.38×10－23J·K－1为玻耳兹曼常量。
注意：
1.理想气体的宏观模型：密度不太高、温度不太低，压强不太大时，相当好地
遵从气体实验定律(玻意耳定律、查理定律和盖-吕萨克定律)的气体叫理想气体。
实际上，这两种模型是一致的。
2.理想气体物态方程的适用条件：（1）理想气体 （2）处于平衡态
3.摩尔定义为：（1）摩尔是一物系的物质的量，该物系中所包含的结构粒子与
12克碳12的原子数目相等。（2）在使用摩尔时应指明结构粒子，它可以是
原子、分子、离子、电子以及其它粒子，或是这些粒子的特定组合体。由此
可见，物质的量实际上就是粒子数，更确切地讲，它是以12克碳中原子的数
目（其测量值即阿伏加
……