1.3分子运动速率分布规律 课件(共16张PPT)-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

(共16张PPT)
第一章 分子动理论的基本内容
第3节 分子运动速率分布规律
新教材人教版 物理（高中选择性必修第三册）
课堂引入
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。
1.个别事件的出现有其偶然性
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）
启示：
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:
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。
事件的分类：
一、气体分子运动的特点
单个气体分子的运动是无规则的
研究气体分子运动的特点思路
四枚硬币,每投掷一次,正面朝上的硬币数是不确定的
投掷多次后,正面朝上的硬币数存在着一定的统计规律
大量气体分子的运动也应该存在一定的统计规律
(微观 宏观)
类比
(微观 宏观)
类比
热现象
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？
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？
问题3：为什么说气体分子的运动是杂乱无章的？
问题4：试分析总结气体分子运动的特点？
一、气体分子运动的特点
问题1答：
气体分子间的空隙大约是气体分子直径的10倍左右，所以我们可以认为气体分子的大小相对于气体分子间的空隙来说很小，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答：
问题3答：
问题4答：
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。
（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。
（1）对某个分子而言，分子在做匀速直线运动，在某一时刻，沿着什么方向、以
多大的速率运动都具有偶然性。
（2）对于大量分子而言，分子的运动具有规律性，即在某一时刻，向着任何方向
运动的分子都有，且向着各个方向运动的分子数目近似相等。
（3）大量分子的集体行为具有统计规律。
(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。
一、气体分子运动的特点
(2) 单个分子运动的无序性：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。
(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。
二、分子运动速率分布图像
观察图表，思考一下，0℃和100℃氧气分子的速率有什么特点？
+ + + + + + + + + ＝100%
+ + + + + + + + + ＝100%
图线与横轴所围面积相等，都等于1！
新课讲授
二、分子运动速率分布图像
根据温度为00C
根据温度为1000C
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、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。
在任意温度下，所有气体分子的速率都呈“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。
温度越高，分子热运动越剧烈
注意：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。
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三、气体压强的微观解释
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。
1.气体压强产生的原因
选择一个与器壁发生正碰的气体分子为研究对象
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
思考与讨论：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
各方向的压强相同
则气体分子产生的压强：
设在时间内气体分子与器壁面积 S 碰撞的总次数为N
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三、气体压强的微观解释
一个分子撞击容器壁的过程与之类似
一颗豆子
多颗豆子
对于单个分子来说，这种撞击是间断的、不均匀的
多数气体分子连续不断的撞击容器壁的过程与之类似
对于大量分子总的作用来说，就表现为连续的和均匀的
单颗钢珠给秤盘的压力很小，作用时间也很短，但是大量的钢珠对秤盘的频繁碰撞，就对秤盘产生了一个持续的均匀的压力。
2.模拟气体压强产生的机理
钢珠下落高度越高（钢珠运动速度越大），对秤盘产生了一个的压力越大。
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三、气体压强的微观解释
4.宏观因素
（2）与温度有关：其他条件不变，温度越高，气体分子的平均速率越大，气体的压强越大；
（1）与体积有关：其他条件不变，体积越小，气体分子的数密度越大，气体的压强越大。
气体压强P 的大小与气体的 体积V 和 温度T 都有关！
★注意：气体压强与大气压强不同
大气压强由重力而产生，随高度增大而减小，最终也是通过大量分子撞击实现。
气体压强是由大量分子撞击器壁产生的，大小不随高度而变化，重力的影响忽略不计。
3.微观解释
（2）气体分子的平均动能：容器内气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子对器壁产生的作用力越大；
（1）气体分子的密集程度：容器内气体分子的数密度 n 越大，单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数越多，平均作用力越大。
即单位体积内气体分子的数目
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四、课堂小结
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五、课堂练习
1．如图所示为一定质量的氧气分子在0℃和100℃两种不同情况下速率分布图像。下列说法正确的是（　　）
A．图中曲线反映了任意速率区间的氧气分子数
B．曲线Ⅱ对应的每个分子的速率大于曲线Ⅰ对应每个分子的速率
C．两种温度下，氧气分子的速率都呈“中间多，两头少”的分布
D．曲线Ⅰ对应氧气的温度为100℃
C
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五、课堂练习
2．下列关于气体压强的说法正确的是( )
A．大气压强与封闭气体的压强产生原因完全相同
B．容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等
C．等温压缩过程中，气体压强增大是因为单个气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
D．一定质量的理想气体，只要体积减小，单位体积内气体的分子数就增多，气体分子对器壁的碰撞就更加频繁，压强就增大
B
3．关于对气体压强的理解，下列说法错误的是（　　）
A．大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离大气，它自身重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强
B．气体压强是由气体分子不断撞击器壁而产生的
C．气体压强取决于单位体积内分子数和分子的平均速率
D．单位面积器壁受到空气分子碰撞的平均压力就是气体对器壁的压强
A
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五、课堂练习
BD
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五、课堂练习
5．对一定质量的气体，若用N表示单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数，则( )
A．当体积减小时，N必定增加
B．当温度升高时，N必定增加
C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化
D．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变
C
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五、课堂练习