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

nullnullnull1.3 分子运动速率分布规律 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 新课导入 伽尔顿板的上部规则地钉有铁钉，下部用竖直隔板隔成等宽的狭槽，从顶部入口投入一个小球时，小球落入某个狭槽是偶然的。 如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。靠近入口的狭槽内的小球数目多，远离入口的狭槽内小球的数目少。 重复几次实验你会发现，其分布情况遵从一定的规律。由此你能得到什么启发吗? 实验:抛硬币出现正反面的情况。 单次出现正面或反面完全无规律 多次出现正面或反面的概率相等 物理雾里悟理 ①必然事件: 在一定条件下，若某事件必然出现 ②不可能事件: 若在一定条件下某件事不可能出现 在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现 ③随机事件: 1.个别事件的出现有其偶然性 上面的实验给我们的启示： 2.大量随机事件的整体会表现出一定的规律---统计规律（statistical regularity） 一、随机事件与统计规律 大量分子的热运动也服从统计规律 分子的运动是无规则的，每个分子的运动都具有不确定性。但物体是由大量分子组成的，因而物体的热现象的宏观特性是由大量分子的集体行为决定的。 所以看起来无规则的分子热运动，也必定是有一定的规律的——统计规律。 物理雾里悟理 站立式讨论： 问题1：气体分子的大小相对于气体分子间的空隙来说很小，我们研究气体分子运动的性质时，可否将气体分子看成质点？ 气体分子间的空隙大约是气体分子直径的10倍左右，在研究气体分子的运动时，可以把气体分子看成质点。 问题2：气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，它的运动性质是怎样的？ 由于气体分子间的空隙比较大，气体分子间的作用力很弱，所以除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力而做匀速直线运动。 问题3：为什么说气体分子的运动是杂乱无章的？ ①气体分子做匀速直线运动，气体能充满它能达到的整个空间。 ②气体分子的数密度十分巨大，分子之间频繁地碰撞，每个分子速度的大小和方向频繁地改变。 ③在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有。 二、气体分子运动的特点 物理雾里悟理 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。 气体距离大约是分子直径的10倍左右 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 而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 虽然气体分子的分布比液体稀疏 二、气体分子运动的特点 物理雾里悟理 气体分子运动的特点 （1）运动的自由性：气体很容易被压缩,说明气体分子之间的距离很大,分子间作用力很弱.因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,气体分子不受力在空间内自由移动.所以气体没有确定的形状和体积,其体积等于容器的体积.（气体分子不受力而做匀速直线运动，因而气体会充满它能达到的整个空间。 ） （2）运动的无序性：大量气体分子永不停息地做无规则运动.就某一个分子而言,在某一时刻它向哪一个方向运动,完全是随机的.因此，在任一时刻分子沿各个方向运动的机会(概率)是均等的. （3）大量分子运动的规律性：在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。 问题：大量气体分子做无规则运动,速率有大有小,那么分子的速率是按怎样的规律分布？ 二、气体分子运动的特点（结论） 物理雾里悟理 三、分子运动速率分布图像 思考：下表是氧气在0 ℃和100 ℃时，同一时刻在不同速率区间内的分子数占总分子数的百分比 ，试分析分子运动速率与温度的关系。 物理雾里悟理 温度为00C 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。当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动。 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 三、分子运动速率分布图像 注意： ①温度升高，气体分子的平均速率变大，但是具体到某一个气体分子，其速率可能变大也可能变小，无法确定。 ②单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”，具有规律性即遵守统计规律。 物理雾里悟理 1、对于气体分子的运动，下列说法正确的是( ) A．一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁，但同一时刻，每个分子的速率都相等 B．一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子数目相对较少 C．一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动，可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况 D．一定温度下的某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均速率可能减小 你能行！！ BD 物理雾里悟理 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 你能行！！ 物理雾里悟理 3、如图所示是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图,横坐标表示分子速率v,纵坐标表示速率v对应的分子数百分率,图线1、2对应的温度分别为t1、t2,由图可知( 　　) A.温度t1低于温度t2 B.图线中的峰值对应的横坐标数值为氧气分子平均速率 C.温度升高,每一个氧气分子的速率都增大 D.温度升高,氧气分子中速率小于400 m/s的分子所占的比例减小 温度越高,分子热运动越激烈,运动激烈是指速率大的分子所占的比例大,根据题图,图线2中速率大的分子所占比例大,对应温度高,图线1中速率大的分子所占比例小,对应温度低,故A正确。图线中的峰值对应的是该速率对应的分子数百分率的最大值,不表示分子的平均速率,故B错误。温度的影响是大量分子运动的统计规律,对个别的分子没有意义,所以温度升高,不是每一个氧气分子的速率都增大,故C错误。温度升高,氧气分子中速率小于400 m/s的分子所占的比例减小,故D正确。 AD 你能行！！ 物理雾里悟理 站立式讨论：从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，那气体压强究竟是怎样产生的呢？ 1.气体压强的产生 从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，当它们飞到器壁时，就会跟器壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），就是这个撞击对器壁单位面积上产生了作用力，从而产生了压强。 持续均匀的压力 各方向的压强相同 大量雨点对伞的撞击，使伞受到持续的作用力 四、气体压强的微观解释 物理雾里悟理 选择一个与器壁发生正碰的气体分子为研究对象 从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强源于气体分子的热运动，当它们飞到器壁时，就会跟器壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），就是这个撞击对器壁产生了作用力，从而产生了压强。 气体分子受到的作用力为 根据牛顿第三定律，器壁受到的作用力为 四、气体压强的微观解释 站立式讨论：气体压强大小和什么因数有关呢？ 你能定量建模推导下吗？ 物理雾里悟理 S 建模：设∆t内，横截面积为S的柱状体里的气体分子跟活塞发生弹性碰撞。以碰撞的气体为对象。 -F∆t= v -Nmv-Nmv N= ρ分子密度·v∆tS = ρ分子密度mv2 P= = ρ分子密度 mv2 四、气体压强的微观解释 注意 :微观上分子的平均动能、密集程度决定压强 宏观上气体的温度T 和体积V 决定压强 物理雾里悟理 因此，气体压强P的大小与气体的体积V和温度T都有关。（理想气体状态方程PV=nRT） 小结：决定气体压强大小的因素（牢记） ① 气体分子的密集程度（即单位体积内气体分子的数目）：气体分子的密集程度越大，在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。 ② 气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能越大，气体分子与器壁碰撞产生的作用力越大。 （1）微观角度 （2）宏观角度 ① 气体体积V ② 气体温度T 气体温度越高，气体分子的平均动能越大，气体压强就越大。 气体体积越小，气体分子的密集程度越大，气体压强就越大。 四、气体压强的微观解释 站立式讨论：气体、液体压强与大气压强的区别？ 物理雾里悟理 大气压强宏观来看是由于大气层的重力产生。 液体压强由液体的重力产生，完全失重状态下液体压强消失。 气体压强由气体分子的无规则运动持续撞击容器壁产生，与气体状态无关。 ①深度越深，压强越大 ②同一高度压强相等 ①深度越深，压强越大 ②地球表面P0= 1.01x105Pa 气体、液体压强与大气压强的区别 物理雾里悟理 4、下面关于气体压强的说法正确的是（ ） A．气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的 B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力 C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关 D．从宏观角度看，气体压强的大小跟气体的温度和体积有关   ABCD 5、封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时（　　） BD A.气体的密度增大 B. 气体的压强增大 C.气体分子的平均动能减小 D.气体分子每秒撞击单位面积器壁的数目增多 你能行！！ 物理雾里悟理 6、正方体密闭容器中有大量运动粒子,每个粒子质量均为m,单位体积内粒子数量n为恒量。为简化问题,我们假定:粒子大小可以忽略;其速率均为v,且与器壁各面碰撞的机会均等;与器壁碰撞前后瞬间,粒子速度方向都与器壁垂直,且速率不变。利用所学力学知识,导出器壁单位面积所受粒子压力大小为f,则(　    ) A.一个粒子每与器壁碰撞一次,给器壁的冲量大小为I=mv B.Δt时间内粒子给面积为S的器壁的冲量大小为  C.器壁单位面积所受粒子压力大小为f=  D.器壁所受的压强大小为  D 你能行！！ 物理雾里悟理 演示实验 从分子动理论的观点来看，气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。或许有人会问，这种撞击是不连续的，为什么器壁受到的作用力却是均匀不变的呢? 模拟气体压强产生的机理 类似于一个分子撞击容器壁的过程 模拟了气体分子连续不断的撞击容器壁产生了持续稳定的压强的过程 一颗豆子 多颗豆子 器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。 物理雾里悟理 一、气体分子运动的特点 二、分子运动速率分布 三、气体压强的微观解释 分子运动速率分布规律 1.气体分子可以充满任何容器 2.各个方向运动的分子数是均等的。 “中间多、两头少” ——温度 ——体积 气体分子的平均动能 气体分子的密集程度 课堂总结 物理雾里悟理 Lavf58.20.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v0.3.63 EV录屏3.9.7软件录制 Lavf56.38.102 本视频由湖南一唯信息科技开发的EV录屏软件录制，www.ieway.cn Lavf59.6.100 Lavf59.23.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $$null竖直放置的加尔顿板上规则的钉着许多钉子，下部用隔板分割成许多等宽的竖直狭槽。从木板顶部漏斗形入口处投放小球，可以看到小球在下落过程中与许多铁钉相碰，最后落到某一个槽里。用同样的小球重复做这个实验。我们看到几次小球落的狭槽是不同的，即小球落入哪个槽内是偶然的。但是如果连续投小球，小球落到中间狭槽的机会会多一些。将大量小球由入口处慢慢倒入，可以看到小球在各狭槽内分布不均匀，中间狭槽的最多，两端狭槽逐渐减少。当小球总数非常多时，其分布曲线几乎都是相同的。 null