1.3 分子运动速率分布规律 课件 -2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

分子运动速率分布规律 教学目标 初步了解什么是“统计规律” 理解气体分子运动的特点：分子沿各个方向运动的机会均等，分子速率按一定规律分布 能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，知道气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系 能用气体分子动理论解释三个气体实验定律 教学重点 用分子动理论来解释气体实验定律 气体压强的微观意义 教学难点 用分子动理论来解释气体实验定律 气体压强的微观意义 一、气体分子运动的特点 （1）气体间的距离较大，分子间相互作用力十分微弱，可认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用而做匀速直线运动，所以一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。 新知探究 （2）气体分子的运动杂乱无章，在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有，从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。 讨论：分子的运动速率有没有规律？ 新知探究 尽管大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布。 讨论：试归纳分子运动速率的规律？ 新知探究 为比例常数 1.氧气分子的速率分布图象特点：“中间多、两头少” 2.温度升高时，速率大的分子数增加， 速率小的分子数减少 3.微观意义：温度是分子平均动能的标志。 新知探究 二、分子运动速率分布图像 气体分子做杂乱无章的无规则热运动，速率有大有小，方向各异.虽然每个分子的运动速率随时间改变，大量分子的速率分布遵循统计规律，最先由英国物理学家麦克斯韦得到。 麦克斯韦(James Clerk Maxwell，1831-1879)，著名理论物理学家，16岁进入爱丁堡大学学习，19岁进入剑桥大学学习.1871年创设并主持卡文迪许实验室，任剑桥大学首任实验物理学教授。在宏观热力学、气体分子运动论、电磁领域均做出重要贡献。提出著名的“麦克斯韦妖”思想实验。 8 氧气在两种温度下的速率分布 9 问题：观察图像，气体分子速率分布有何特点？ 10 f (v) O v T1 T2 >T1 气体分子速率分布特征： “中间多，两头少”，速率很大和速率很小的分子数很少，位于中间部分的分子数较多 气体温度越高，分子的平均速率越大，分子的热运动越剧烈，热运动的平均动能越大 11 温度与大量分子的热运动平均动能相联系，是大量分子热运动的集体表现，具有统计意义。对于单个分子，温度没有意义，例如“一个分子的温度是多少”的说法没有意义 。 12 三、气体压强的微观解释 活动1：探讨一个与器壁发生正碰的气体分子撞击器壁产生的作用力。 13   14 活动2：演示模拟气体压强产生机理的实验。 1、把一颗豆粒拿到台秤上方约20cm的位置，放手后使豆粒落到台秤上，观察台秤指针的摆动情况。 2、再从相同的高度(约20cm)把一小玻璃瓶豆粒均匀、连续地倒在台秤上，观察台秤指针的摆动情况。 15 3、将实验2中相同一小玻璃瓶的豆粒从更高的位置(比如约40cm的位置)均匀、连续地倒在台秤上，观察台秤指针的摆动情况。 4、将实验2中的小玻璃瓶换成大一些的玻璃瓶(比如容积为2倍)，从相同高度(约20cm)把一大玻璃瓶的豆粒均匀、连续地倒在台秤上，观察台秤指针的摆动情况。 16 观察实验，请同学们描述实验现象 1、单颗豆粒给秤盘的压力很小，作用时间很短，豆粒对秤盘的撞击是间断的。 2、大量豆粒对秤盘的频繁碰撞，对秤盘产生了一个持续的相对均匀的压力。 17 3、高度增大，豆粒落到秤盘上时的动能增大，秤盘受到的压力增大，压强增大。 4、高度不变，豆粒落到秤盘上时的动能不变，豆粒的密度增大，秤盘受到的压力增大，压强增大。 18 【思考与讨论】 1、单个豆粒的撞击是间断的、不均匀的，大量豆粒总的作用表现为连续的、均匀的。豆粒的动能越大，压强越大；动能不变时，豆粒撞击的密度越大，压强越大。 19 2、从微观角度看，气体分子的数量是巨大的，单位时间内、单位面积上气体分子对器壁产生连续的、均匀的作用力。器壁单位面积上受到的压力就是气体压强，即气体压强是由大量分子对器壁的频繁碰撞所产生的。容器内气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子对器壁产生的作用力越大；容器内气体分子的数密度越大，单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数越多，平均作用力越大。 20 3、单个豆粒的运动服从动力学规律，但涉及大量豆粒运动的集体行为就不是纯粹的动力学问题了，要用统计规律处理。类比可知，单个分子的运动服从动力学规律，但涉及大量分子的集体行为要用到统计规律来处理。 21 22 2.某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则(　　) A．TⅠ>TⅡ>TⅢ B．TⅢ>TⅡ>TⅠ C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ B 3.一定质量的气体，如果保持气体的体积不变，温度升高，那么下列说法中正确的是（       ） A.气体的压强增大 B.单位时间内气体分子对器壁碰撞的次数增多 C.每个分子的速率均增大 D.气体分子的密度增大 AB 一、气体分子运动的特点 1.气体分子可以充满任何容器 2.从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。 “中间多、两头少” 二、分子运动速率分布 1.气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。 2.影响气体压强的两个因素： ——温度 ——体积 三、气体压强的微观解释 气体分子的平均动能 气体分子的密集程度 25 1．(多选)在研究热现象时，我们采用统计方法，这是因为(　　) A．每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的 B．个别分子的运动不具有规律性 C．在一定温度下，大量分子的速率分布是确定的 D．在一定温度下，大量分子的速率分布也随时间而变化 解析：大量分子运动的速率分布是有规律的，可以用统计方法，而个别分子的运动速率瞬息万变，没有规律，故B、C选项正确． 答案：BC $$