1.3 气体分子运动的统计规律 课件（共23张PPT）

(共23张PPT)
第一章 分子动理论
粤教版 选择性必修三
第三节 气体分子运动的统计规律
知识回顾
内容：
①物体是由大量分子组成的
②分子在做永不停息的无规则热运动
③分子间存在着相互作用的引力和斥力
把物质的热学性质和规律看作微观粒子热运动的宏观表现。
分子动理论（molecular kinetic theory）
热学
热现象的宏观理论——研究热现象一般规律，不涉及热现象微观解释(热力学)
热现象的微观理论——从分子动理论的角度来研究宏观热现象的规律(统计物理学)
新课导入
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。
Part 01
分子沿各个方向运动
的概率相等
F
0
r
r0
F斥
F引
当r＞10r0(10-9m)时，
分子力约等于0；
气体分子可以自由运动
分子的大小相对分子间的空隙来说很小
质点
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。
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。
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
分子的热运动杂乱无章
在某一时刻，向着任一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。
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。
一、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。
气体分子运动的速率分布是否也有一定的统计规律呢？
伽尔顿板实验
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？
Part 02
分子速率按一定的
统计规律分布
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。
伽尔顿板实验
不同狭槽
不同速率范围
小球数目
分子数
小球总数
总分子数
气体分子无规则运动
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。
根据表格中的数据绘制图像
1、气体分子速率分布
根据温度为00C
根据温度为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。
2、气体分子速率分布特征
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
当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动，峰值变小
2、气体分子速率分布特征
(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
2、气体分子速率分布特征
思考与讨论
1．温度升高，所有气体分子的速率都会增大吗？
答：不会。根据气体分子速率分布的统计规律，当温度升高时，速率大的分子数目增加，速率小的分子数目减少，但依然会有速率小的气体分子存在。我们只能认为气体分子的平均速率增大。
2．气体分子的平均速率和平均动能的关系？
答：平均速率=所有分子的速率总和/总分子数；
平均动能=所有分子的动能总和/总分子数。
故分子的平均速率和平均动能没有必然的等量关系，
只能定性地认为，当分子的平均速率增大时，分子的平均动能也增大。
思考与讨论
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。
课堂小结
一、单个分子的运动：偶然性
二、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）
当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动，峰值变小
课堂练习
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
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。
课堂练习
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
E. 分子的平均动能增大
BCE
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、平均动能增大，对每一个分子的速率、动能不一定增大，BE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。
课堂练习
3．大量气体分子运动的特点不包括下列哪项？(　　)
A．分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间里自由移动
B．分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动
C．分子沿各个方向运动的机会相等
D．分子的速率分布毫无规律
D
解析：气体分子除碰撞外可以认为是在空间自由移动的，因气体分子沿各方向的机会相等，碰撞使它做无规则运动，但气体分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布。
课堂练习
4.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_________。
ABC
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