1.3气体运动的统计规律计课件-2021-2022学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册（共23张ppt）

(共23张PPT)
第三节 气体分子运动的统计规律
高二—粤教版—物理—第一单元
1．知道什么是统计规律。
2．知道气体分子沿各方向运动的概率相等是大量分子运动整体表现出来的统计规律。
3．知道气体分子速率的分布规律是“中间多，两头少”，理解气体分子速率的分布规律也是统计规律，了解气体分子速率分布曲线。
教学目标
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？
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。
气体分子运动的特点
1.气体分子间距离大约是分子直径的10倍，分子的大小相对分子间的空隙来说很小，可以把气体分子视为质点。
2.气体分子间距离比较大，分子间的作用力很弱，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。
3.气体分子的数密度很大，分子之间频繁碰撞使得每个分子的速度大小和方向频繁地改变。
气体分子运动的特点
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。
气体分子的热运动是杂乱无章，某一时刻某个分子的速度方向完全是随机的。
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。
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，
从顶部入口投入小球。
气体分子沿各个方向运动的概率相等，就是大量分子在运动方向上整体表现出来的统计规律。
气体分子做无规则运动，速率有大有小。那么大量分子的速率分布是否也有一定的统计规律呢？我们来看一个实验视频。
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？
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。
气体分子速率按一定的统计规律分布
1.不同温度下的氧气分子的速率分布都呈现
“中间多，两头少”的分布规律。
2.（1）两个温度下具有最大比例的速度区间是不同的。
（2）100℃的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0℃的大。
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
在直方图中，速率区间取得越窄，我们将看到。。。
氧气分子的速率分布曲线能更直观地描述：
1.一定温度下，气体分子的速率分布是确定的，
呈现“中间多，两头少”的分布规律。
2.当温度升高时，分子数最多的速率区间向速率大的方向偏移。
3.当温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分子的平均速率增大。我们可以直观地体会到温度越高，气体分子的热运动越剧烈。
平均速率=所有分子的速率之和/总分子数
十九世纪英国最杰出的物理学家和数学家。
麦克斯韦运用数学统计的方法，导出了气体分子运动的速率统计规律。
气体分子按速率分布的统计规律最早是由麦克斯韦于1859年在概率论的基础上导出的，1877年波尔兹曼由经典统计力学导出。
由于技术条件的限制，测定气体分子速率分布的实验，知道20世纪二十年代才实现。1920年斯特恩首先测出银蒸汽分子的速率分布；1934年我国物理学家葛正权测出铋蒸汽分子的速率分布；1955年密勒和库士测出钍蒸汽分子的速率分布。
斯特恩实验是历史上最早验证麦克斯韦速率分布的实验。实验证实了麦克斯韦的分子按速率分布的统计规律。
实践与拓展：
若对高中二年级学生的升高进行统计，是否会呈现出“中间多，两头少”的分布规律？是否所有统计的结果都会呈现出这样的分布规律呢？请用生活中的实例说明自己的观点。
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：虽然香水气体分子运动的速率很大，但由于分子的热运动是无规则的，且在行进过程中与空气分子不断碰撞，导致香水气体分子的运动只是“短暂的速度很大的直线运动”。况且人要闻到香味，需要接收足够多的香水气体分子，因此必须经过一段时间。
1.（多选）关于气体分子的运动情况，下列说法中正确的是( ）　
A．某一时刻具有任一速率的分子数目是相等的
B．某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的
C．某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等
D．某一温度下大多数气体分子的速率不会发生变化
答案：BC
解析：具有任一速率的分子数目并不是相等的，呈“中间多，两头少”的统计分布规律，选项A错误；某一温度下，每个分子的速率仍然是瞬息万变的，只是分子运动的平均速率相同，选项D是错误的。
2．（多选）一定质量的气体密封在容积不变的容器中，当温度升高时，则气体(　　)
A．所有分子的速率都增大
B．分子的平均速率增大
C．速率大的分子的个数增多
D．所有分子的动能都会增强
解析：温度升高，由气体分子速率分布规律可知，分子的平均速率增大，对每一个分子的速率不一定增大，B正确。温度升高时，气体分子速率大的分子个数增多，速率小的分子个数减小，C正确。
答案：BC
3.氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列正确的是___。
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间
内的分子数占总分子数的百分比较大
ABC
1.单个分子的运动：偶然性
2.大量分子的运动：统计规律
（1）沿各个方向运动的概率相等
（2）速率分布规律（中间多，两头少）
小结