1.3 分子运动速率分布规律 课件 2023-2024学年高二物理人教版（2019）选择性必修3(共20张PPT)

(共20张PPT)
第3节 分子运动速率分布规律
第一章 分子动理论
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？
1.初步了解什么是统计规律。
2.了解气体分子运动的特点：分子沿各个方向运动的机会相等，分子速率按一定规律分布。
3.能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，知道气体的压强与所对应的微观物理量间的联系。
知识点一：统计规律
1．必然事件：在一定条件下必然出现的事件。
2．不可能事件：在一定条件下不可能出现的事件。
3．随机事件：在一定条件下可能出现，也可能不出现的事件。
4．统计规律：大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律就叫作统计规律。
5．对统计规律的理解
(1)个别事件的出现具有偶然因素，但大量事件出现的机会却遵从一定的统计规律。
(2)从微观角度看，由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律。
知识点二：气体分子运动的特点
1.气体的微观结构特点
(1)气体分子间距离大约是分子直径的10 倍左右。
(2)气体分子间距离比较大，分子间的作用力很弱。
2.气体分子运动的特点
(1)气体分子运动的自由性：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。
(2)单个分子运动的无序性：气体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。分子的热运动永不停息，单个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。
(3) 大量分子运动的规律性：在某一时刻，向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。
特别提醒：
单个或少量分子的运动是“个别行为”，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。
知识点三：分子运动速率分布图像
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
速率区间/(m·s－1) 各速率区间的分子数占总分子数的百分比
0 ℃ 100 ℃
100以下 1.4 0.7
100～200 8.1 5.4
200～300 17.0 11.9
300～400 21.4 17.4
400～500 20.4 18.6
500～600 15.1 16.7
600～700 9.2 12.9
700～800 4.5 7.9
800～900 2.0 4.6
900以上 0.9 3.9
1.0°和100°氧气分子的速率都呈“中间多，两头少”的分布，且随着温度升高，速率大的分子所占的比例增大。
2.图像直观地反映了“温度越高，分子地热运动越剧烈”。
这表明温度是分子平均动能的标志
a为比例常数
3.通过定量的分析可以得出：理想气体的热力学温度与分子的平均动能成正比，即：
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.一定温度下某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均动能可能减少
练一练
BD
知识点四：气体压强的微观解释
1.气体压强的形成原因
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。
mv
-mv
由动量定理
FΔt = mv mv = 2mv
气体分子受力
牛顿第三定律器壁受力
2.分子给器壁的作用力分析
3.决定气体压强大小的因素
模拟气体压强产生的机理
(1)微观因素：
①气体分子的平均速率:气体的温度高，气体分子的平均速率就大，气体分子与器壁碰撞(可视为弹性碰撞)时给器壁的作用力就大，则气体的压强就大。
②气体分子的数密度(单位体积内气体分子的数目):气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，给器壁的平均作用力就大，则气体的压强就大。
(2)微观因素：
①与温度有关：在体积不变的情况下，温度越高，气体分子的平均速率越大，则气体的压强越大。
②与体积有关：在温度不变的情况下，体积越小，气体分子的数密度越大，则气体的压强越大。
气体压强 大气压强
区 别 ①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生。 ②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关。 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强。
②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值。
③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。
联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的
4.气体压强与大气压强的区别与联系
练一练
1.自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”。在炎热的夏天，打足了气的汽车轮胎在日光的曝晒下容易胀破。
(1)假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化，对于打进去的气越多自行车的轮胎会越“硬”的现象，你怎样用分子动理论的观点来解释
答：轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的数密度不断增大，温度不变意味着气体分子的平均速率没有发生变化，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。
答：在日光曝晒下，轮胎内气体温度显著升高，气体分子热运动加剧，分子的平均速率增大，使气体压强增大，超过轮胎的承受能力，轮胎便会胀破。
(2)对于在炎热的夏天，打足了气的汽车轮胎在日光的曝晒下容易胀破的现象，你怎样用分子动理论的观点来解释
2.对于一定质量的理想气体，下列四个叙述中正确的是(　　)
A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大
B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变
C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小
D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大
B
气体分子运动的特点
分子运动速率分布
气体压强的微观解释
分子运动速率分布规律
气体分子可以充满任何容器
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