2022-2023学年高二物理竞赛课件：能量均分定理的应用

能量均分定理的应用 能量均分定理的应用 单原子分子 分子平均能量 系统总内能 定容热容量 定压热容量 定压热容量与 定容热容量之比 理论结果与实验结果符合得很好，但没有考虑原子内电子 的运动。原子内的电子对热容量没有贡献是经典理论所不 能解释的，要用量子理论才能解释。 质心平动动能 系统麦氏概率分布 在 的 体积范围内，粒子质心平动的状态 数为 对经典粒子，物理量是连续的，可以去掉下标， 于是在 的 体积范围的内粒子数为 处在 内的分子数占总分子数的概率 归一化条件 能量表达式中任一平方项 的平均值 （1） 其中 （2） 将（2）代回（1），注意归一化条件， 同理可证， 双原子分子 双原子分子的能量 其中 系统总内能 一个分子平均能量 定容热容量 定压热容量 定压热容量与定容热容量之比 除了低温下的氢气外，理论结果与实验结果都符合。低温下的氢气的性质不能用经典理论解释，同时也不能解释为什么可以不考虑两个原子之间的相对运动。 固体 固体中的原子在其平衡位置附近作微振动，假设各原子的振动是相互独立的简谐振动。 一个原子的平均能量 固体的内能 定容热容量 定压热容量 一个自由度上的能量 在室温和高温范围内理论结果与实验结果符合。在低温范围，实验发现固体的热容量随温度降低得很快，当温度趋于绝对零度时，热容量也趋于零。这个事实经典理论不能解释。实验结果 还表明， 以上的自由电子的热容量与离子振动的热容量相比可以忽略，经典理论也不能解释这个事实。 平衡辐射 考虑一个封闭的空窖，窖壁原子不断地向空窖发射并从空窖吸收电磁波，经过一定的时间以后，空窖内的电磁辐射与窖壁达到平衡，称为平衡辐射，二者具有相同的温度。 空窖内的辐射场可以分解为无穷多个单色平面波的叠加，如果采用周期性边界条件，单色平面波的电场分量可表示为 $