氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律+高二下學期物理粵教版（2019）選擇性必修第三冊

第一章分子動理論粵教版選擇性必修三第三節(jié)氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律知識回顧內(nèi)容：①物體是由大量分子組成的②分子在做永不停息的無規(guī)則熱運動③分子間存在著相互作用的引力和斥力把物質(zhì)的熱學性質(zhì)和規(guī)律看作微觀粒子熱運動的宏觀表現(xiàn)。分子動理論（molecularkinetictheory）熱學熱現(xiàn)象的宏觀理論——研究熱現(xiàn)象一般規(guī)律，不涉及熱現(xiàn)象微觀解釋(熱力學)熱現(xiàn)象的微觀理論——從分子動理論的角度來研究宏觀熱現(xiàn)象的規(guī)律(統(tǒng)計物理學)新課導入中國裁判執(zhí)法足球國際比賽足球比賽開始前，主裁判拋硬幣，兩隊隊長挑正反面，贏的一方挑選往哪邊攻，輸?shù)囊环将@得上半場比賽開球權(quán)。這種方式公平嗎？把一枚硬幣拋起來后落到地面，硬幣的正面向上還是反面向上是隨機的。當拋幣的次數(shù)非常多時，硬幣正面向上和反面向上的概率是相等的。實驗表明：個別事件的出現(xiàn)具有隨機性，但大量事件出現(xiàn)的概率遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律。下面我們以氣體分子運動為例探究氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律。Part01分子沿各個方向運動的概率相等F0rr0F斥F引當r＞10r0(10-9m)時，分子力約等于0；氣體分子可以自由運動分子的大小相對分子間的空隙來說很小質(zhì)點通常認為，氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運動，氣體充滿它能達到的整個空間。分子的個數(shù)與它們所占空間體積之比叫作分子的數(shù)密度，通常用n表示。但分子的數(shù)密度仍然十分巨大分子之間頻繁地碰撞，每個分子的速度大小和方向頻繁地改變分子的熱運動雜亂無章在某一時刻，向著任一方向運動的分子都有，而且向各個方向運動的氣體分子數(shù)目幾乎相等。標準狀態(tài)下，1cm3氣體中約有2.7×1019個分子，一個分子1s內(nèi)與其他分子的碰撞次數(shù)高達65億次。一、分子沿各個方向運動的概率相等對由大量分子組成的氣體整體來說，氣體中任一時刻都有向任一方向運動的分子，且氣體分子沿各個方向運動的數(shù)目相等。對大量分子運動情況的統(tǒng)計結(jié)果：在任一時刻分子沿各個方向運動的概率是相等的。氣體分子運動的速率分布是否也有一定的統(tǒng)計規(guī)律呢？伽爾頓板實驗實驗結(jié)果表明：1.單個小球落入哪個狹槽內(nèi)是隨機的。2.投入大量小球時，每次實驗狹槽內(nèi)小球分布的情況是一定的，而且落入某一道狹槽內(nèi)的小球數(shù)目與小球總數(shù)的比值是穩(wěn)定的。這就是說，大量的小球落入狹槽時，其整體的分布遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律。氣體分子做無規(guī)則運動，速率有的大，有的小。大量氣體分子整體的速率分布，會不會與伽爾頓板實驗類似，也遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律呢？Part02分子速率按一定的統(tǒng)計規(guī)律分布落入某一道狹槽內(nèi)的小球數(shù)目與小球總數(shù)的比值是穩(wěn)定的。伽爾頓板實驗不同狹槽不同速率范圍小球數(shù)目

小球總數(shù)

氣體分子無規(guī)則運動研究表明：在一定的溫度下，不同速率范圍內(nèi)的分子數(shù)在總分子數(shù)中所占的比值是確定的。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)繪制圖像1、氣體分子速率分布根據(jù)溫度為00C根據(jù)溫度為1000C“溫度越高，越”1、0°C和100°C氧氣分子的速率都呈

“中間多、兩頭少”的分布。2、氣體分子速率分布特征2、0°C時，速率在300~400m/s的分子最多。100°C時，速率在400~500m/s的分子最多。3、100°C的氧氣，速率大的分子比例較多，其分子的平均速率比0°C的大。分子的熱運動劇烈當溫度升高時，“中間多”這一高峰向速率大的一方移動，峰值變小2、氣體分子速率分布特征

(1)在直方圖中，所有矩形的面積之和對應的物理意義：100%(2)在直方圖中，如果縱軸反映的是各速率區(qū)間的分子數(shù)，那么所有矩形的面積之和對應的物理意義：總分子數(shù)

2、氣體分子速率分布特征

思考與討論1．溫度升高，所有氣體分子的速率都會增大嗎？答：不會。根據(jù)氣體分子速率分布的統(tǒng)計規(guī)律，當溫度升高時，速率大的分子數(shù)目增加，速率小的分子數(shù)目減少，但依然會有速率小的氣體分子存在。我們只能認為氣體分子的平均速率增大。2．氣體分子的平均速率和平均動能的關系？答：平均速率=所有分子的速率總和/總分子數(shù)；

平均動能=所有分子的動能總和/總分子數(shù)。故分子的平均速率和平均動能沒有必然的等量關系，只能定性地認為，當分子的平均速率增大時，分子的平均動能也增大。思考與討論課本第14頁練習2由氣體分子的速率分布規(guī)律可知，一般的分子熱運動的速率很大，大多在200m/s-600m/s之間。但是，對于放在一個面積只有10m2的房間里的香水，打開瓶蓋后，房間里的人要過一會兒才能聞到香味，這是為什么？解析：雖然香水氣體分子運動的速率很大，但由于分子的熱運動是無規(guī)則的，且在行進過程中與空氣分子不斷碰撞，導致香水氣體分子的運動只是“短暫的速度很大的直線運動”。況且人要聞到香味，需要接收足夠多的香水氣體分子，因此必須經(jīng)過一段時間。課堂小結(jié)一、單個分子的運動：偶然性二、大量分子的運動：統(tǒng)計規(guī)律（1）沿各個方向運動的概率相等（2）速率分布規(guī)律（中間多，兩頭少）當溫度升高時，“中間多”這一高峰向速率大的一方移動，峰值變小課堂練習1.（多選）關于氣體分子的運動情況，下列說法中正確的是(）A．某一時刻具有任一速率的分子數(shù)目是相等的B．某一時刻一個分子速度的大小和方向是偶然的C．某一時刻向任意一個方向運動的分子數(shù)目相等D．某一溫度下大多數(shù)氣體分子的速率不會發(fā)生變化BC解析：具有任一速率的分子數(shù)目并不是相等的，呈“中間多，兩頭少”的統(tǒng)計分布規(guī)律，選項A錯誤；某一溫度下，每個分子的速率仍然是瞬息萬變的，只是分子運動的平均速率相同，選項D是錯誤的。課堂練習2.（多選）一定質(zhì)量的氣體密封在容積不變的容器中，當溫度升高時，則氣體(

)A．所有分子的速率都增大B．分子的平均速率增大C．速率大的分子的個數(shù)增多D．所有分子的動能都會增強E.分子的平均動能增大BCE解析：溫度升高，由氣體分子速率分布規(guī)律可知，分子的平均速率、平均動能增大，對每一個分子的速率、動能不一定增大，BE正確。溫度升高時，氣體分子速率大的分子個數(shù)增多，速率小的分子個數(shù)減小，C正確。課堂練習3．大量氣體分子運動的特點不包括下列哪項？(

)A．分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空間里自由移動B．分子的頻繁碰撞致使它做雜亂無章的熱運動C．分子沿各個方向運動的機會相等D．分子的速率分布毫無規(guī)律D解析：氣體分子除碰撞外可以認為是在空間自由移動的，因氣體分子沿各方向的機會相等，碰撞使它做無規(guī)則運動，但氣體分子的速率按“中間多，兩頭少”的規(guī)律分布。課堂練習4.氧氣分子在0℃和100℃溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列正確的是__