1.3 气体分子运动的统计规律 课件-2023-2024学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

第一章 分子动理论 粤教版 选择性必修三 第三节 气体分子运动的统计规律 1 知识回顾 内容： ①物体是由大量分子组成的 ②分子在做永不停息的无规则热运动 ③分子间存在着相互作用的引力和斥力 把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现。 分子动理论（molecular kinetic theory） 热学 热现象的宏观理论——研究热现象一般规律，不涉及热现象微观解释(热力学) 热现象的微观理论——从分子动理论的角度来研究宏观热现象的规律(统计物理学) 2 新课导入 中国裁判执法足球国际比赛 足球比赛开始前，主裁判抛硬币，两队队长挑正反面，赢的一方挑选往哪边攻，输的一方获得上半场比赛开球权。这种方式公平吗？ 3 把一枚硬币抛起来后落到地面，硬币的正面向上还是反面向上是随机的。 当抛币的次数非常多时，硬币正面向上和反面向上的概率是相等的。 实验表明：个别事件的出现具有随机性，但大量事件出现的概率遵从一定的统计规律。 下面我们以气体分子运动为例探究气体分子运动的统计规律。 Part 01 分子沿各个方向运动 的概率相等 5 F 0 r r0 F斥 F引 当r＞10r0(10-9m)时， 分子力约等于0； 气体分子可以自由运动 分子的大小相对分子间的空隙来说很小 质点 通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。 分子的个数与它们所占空间体积之比叫作分子的数密度，通常用n表示。 但分子的数密度仍然十分巨大 分子之间频繁地碰撞， 每个分子的速度大小和方向频繁地改变 分子的热运动杂乱无章 在某一时刻，向着任一方向运动的分子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 标准状态下，1cm3气体中约有2.7×1019个分子，一个分子1s内与其他分子的碰撞次数高达65亿次。 一、分子沿各个方向运动的概率相等 对由大量分子组成的气体整体来说，气体中任一时刻都有向任一方向运动的分子，且气体分子沿各个方向运动的数目相等。 对大量分子运动情况的统计结果： 在任一时刻分子沿各个方向运动的概率是相等的。 气体分子运动的速率分布是否也有一定的统计规律呢？ 伽尔顿板实验 9 实验结果表明： 1.单个小球落入哪个狭槽内是随机的。 2.投入大量小球时，每次实验狭槽内小球分布的情况是一定的，而且落入某一道狭槽内的小球数目与小球总数的比值是稳定的。 这就是说，大量的小球落入狭槽时，其整体的分布遵从一定的统计规律。 气体分子做无规则运动，速率有的大，有的小。大量气体分子整体的速率分布，会不会与伽尔顿板实验类似，也遵从一定的统计规律呢？ Part 02 分子速率按一定的 统计规律分布 11 落入某一道狭槽内的小球数目与小球总数的比值是稳定的。 伽尔顿板实验 不同狭槽 不同速率范围 小球数目 分子数 小球总数 总分子数 气体分子无规则运动 研究表明：在一定的温度下，不同速率范围内的分子数在总分子数中所占的比值是确定的。 根据表格中的数据绘制图像 1、气体分子速率分布 13 根据温度为00C 根据温度为1000C “温度越高， 越 ” 1、0°C 和 100°C 氧气分子的速率都呈 “中间多、两头少”的分布。 2、气体分子速率分布特征 2、0°C时，速率在 300~400 m/s 的分子最多。 100°C时，速率在 400~500 m/s 的分子最多。 3、100°C的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0°C的大。 分子的热运动 剧烈 当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动，峰值变小 14 2、气体分子速率分布特征 (1)在直方图中，所有矩形的面积之和对应的物理意义：100% (2)在直方图中，如果纵轴反映的是各速率区间的分子数，那么所有矩形的面积之和对应的物理意义：总分子数 15 2、气体分子速率分布特征 16 思考与讨论 1．温度升高，所有气体分子的速率都会增大吗？ 答：不会。根据气体分子速率分布的统计规律，当温度升高时，速率大的分子数目增加，速率小的分子数目减少，但依然会有速率小的气体分子存在。我们只能认为气体分子的平均速率增大。 2．气体分子的平均速率和平均动能的关系？ 答：平均速率=所有分子的速率总和/总分子数； 平均动能=所有分子的动能总和/总分子数。 故分子的平均速率和平均动能没有必然的等量关系， 只能定性地认为，当分子的平均速率增大时，分子的平均动能也增大。 思考与讨论 课本第14页练习2 由气体分子的速率分布规律可知，一般的分子热运动的速率很大，大多在200m/s-600m/s之间。但是，对于放在一个面积只有10m2的房间里的香水，打开瓶盖后，房间里的人要过一会儿才能闻到香味，这是为什么？ 解析：虽然