2015-2016学年高中物理 1.2气体分子运动与压强课件

第2节 气体分子 运动与压强
情境导入
课程目标
1.初步了解什么是“统计规律”。 2.理解气体分子运动的特点,知道气体分 子速率分布规律。 3.理解气体压强产生的微观意义,知道影 响压强的微观因素。
一二
一、气体分子速率分布规律
1.统计规律 (1)现象:某一事件的出现纯粹是偶然的,但大量偶然事件却会表现出一定 的规律。 (2)定义:大量偶然事件表现出来的整体规律。 2.气体分子运动的特点 气体分子都在永不停息地做无规则运动,每个分子的运动状态瞬息万变, 每一时刻的运动情况完全是偶然的、不确定的。
探究二
解析:根据表格数据,逐项分析如下:
选
结
分析
项
论
两种温度下,速率低于 200 m/s 和高于 700 m/s 的分子数比例明显较
A小
×
B 分子速率在 200~700 m/s 之间的分子数比例较大
√
比较 0 ℃和 100 ℃两种温度下,分子速率较大的区间,100 ℃的分子 C 数所占比例较大,而分子速率较小的区间,0 ℃的分子数所占比例较 ×
按速率大小划分 的区间(m·s-1)
100 以下 100~200 200~300 300~400 400~500 500~600
各速率区间的分子数占
总分子数的百分比(%)
0℃
100 ℃
1.4
0.7
8.1
5.4
17.0
11.9
21.4
17.4
20.4
18.6
15.1
16.7
600~700
9.2
12.9
探究一
探究二
(2)宏观因素: ①气体的体积:一定质量气体的体积越大,气体的分子密度越小,气体的 压强越小。 ②气体的温度:气体的温度越高,气体的分子平均动能越大(平均动能 下节课学习),气体的压强越大。
警示气体压强与大气压强的区别
(1)因密闭容器中气体的密度一般很小,由于自身重力产生的压强极小,可忽 略不计,故气体压强由大量气体分子碰撞器壁产生,与地球引力无关,且气体 压强处处相等。(2)大气压强则是由于空气受到地球的吸引力作用,紧紧包 围地球,从而对浸在它里面的物体产生压强。
一二
3.气体分子速率的分布规律 (1)图象:
(2)规律:在一定温度下,不管个别分子怎样运动,气体的多数分子的速 率都在某个数值附近,表现出“中间多,两头少”的分布规律。当温度升高 时,“中间多,两头少”的分布规律不变,气体分子的速率增大,分布曲线的峰 值向速率大的一方移动。
思考当温度升高时,每个气体分子的速率都是升高的,这一说
探究一
探究二
探究一 气体分子运动的统计规律
●问题导引●
如图所示,当温度升高时,气体分子的速率分布规律会发生怎样的变 化?
提示:当温度升高时,“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动,即 速率大的分子数目增多,速率小的分子数目减少,分子的平均速率增大。但 “中间多,两头少”这一规律不变。
探究一
探究二
探究二
警示单个或少数分子的运动是“个体行为”,具有不确定性;大量
分子运动是“集体行为”,具有规律性,即遵从统计规律。
探究一
探究二
【例题 1】 气体分子永不停息地做无规则运动,同一时刻都有向不同方向运
动的分子,速率也有大有小。下表是氧气分别在 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,由表可得出的正确结论是( )
法对吗? 提示:不对。一定量的气体,当温度升高时,其平均速率是增加了,但对
某一个气体分子而言是不确定的。
一二
二、气体的压强
1.产生原因 大量气体分子频繁撞击器壁,对器壁产生一个稳定的压力,从而产生压 强。 2.压强特点 气体内部压强处处相等。 3.决定因素 (1)气体的温度。(2)单位体积内的分子数。
探究一
探究二
3.气体分子统计规律
(1)统计规律的特点:
①它是在大量的随机(偶然)事件的集合中起作用的规律,它揭示的是
大量事件在整体上的性质及这些事件间的必然联系,在这里,个别事件的性
质及它们之间的偶然联系已退居次要地位。
②统计规律只能在有大量事件的情况下才显示出来。它的可靠性跟统
计事件的数量有关,事件的数量越多,统计规律就显示得越明显。 (2)麦克斯韦气体分因为( ) A.气体有重力 B.气体能流动 C.气体能扩散 D.大量气体分子对器壁的碰撞 解析:气体的压强是由于大量气体分子对器壁的碰撞产生的,故 D 对。 答案:D
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3.在一定温度下,某种气体分子的速率分布应该是( ) A.每个分子速率都相等 B.每个分子速率一般都不相等,大量气体分子的速率分布呈现一定的统计 规律 C.每个分子速率一般都不相等,但在不同速率范围内,分子数的分布是均匀 的 D.速率很大和速率很小的分子数占气体总分子数的百分率一般都很高 解析:由气体分子运动速率分布表现出“中间多,两头少”的规律可知:速率 很大的和速率很小的分子数目都很少,气体分子速率大部分集中在某个数 值附近。所以 B 选项正确,A、C、D 均不正确。故选 B。 答案:B
●名师精讲●
1.气体的微观结构特点 (1)气体分子间的距离较大,大于 10r0(10-9 m),气体分子可看成质点。 (2)气体分子间的分子力很微弱,通常认为气体分子除了相互碰撞或与 器壁碰撞外,不受其他力的作用。 2.气体分子运动的特点 (1)气体分子可以在空间自由移动而充满它所能到达的任何空间。 (2)气体分子间频繁发生碰撞。 一个空气分子在 1 s 内与其他分子的碰撞达 6.5 亿次之多,分子的频繁 碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变,造成气体分子杂乱无 章地做无规则运动。 (3)某时刻,气体分子沿各个方向运动的概率相同,某时刻,沿任何方向 运动的分子都有,且沿各个方向运动的分子数目是相等的。
从大量实例中可以看出,在一定温度下,中等速率的分子所占的比例最
大。理论和大量实验表明,在一定温度下,不管个别分子怎样运动,气体多数
分子的速率都在某个数值附近,表现出“中间多、两头少”的分布规律。当 温度升高时,“中间多、两头少”的分布规律不变,气体分子的速率增大,分布
曲线的峰值向速率大的一方移动。
探究一
700~800
4.5
7.9
800~900
2.0
4.6
900 以上
0.9
3.9
A.气体分子的速率大小基本上是均匀分布的,每个速率区间的分子数大致相同
B.大多数气体分子的速率处于中间值,少数分子的速率较大或较小
C.随着温度升高,气体分子的平均速率不变
D.气体分子的平均速率基本上不随温度的变化而变化
探究一
一二
思考能否用雨滴撞击雨伞时,影响压力(压强)大小的因素来类
比说明影响气体压强的因素?
提示:能。雨滴撞击伞面时,压力(压强)大小与单位时间内落在伞面上的 雨滴数有关,雨滴数越多,压力(压强)越大;另外还与雨滴质量大小、速度大 小即与雨滴动能大小有关,动能越大,压力(压强)越大。气体压强同上面的原 理相似,压强大小与分子平均动能和密集程度有关。
答案:C
探究一
探究二
反思气体的压强是气体分子对器壁频繁碰撞产生的,从微观的角
度看,气体的压强大小是由气体分子的平均动能和其密集程度共同决定的; 从宏观看,一定质量的气体的压强是由气体的温度和体积共同决定的,与液 体、固体的压强不同,气体压强与重力无关。
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1.在研究热现象时,我们采用统计方法。这是因为( ) A.每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的 B.个别分子的运动不具有规律性 C.在一定温度下,大量分子的速率分布是确定的 D.在一定温度下,大量分子的速率分布也随时间而变化 解析:大量分子运动的速率分布是有规律的,可以用统计方法,而个别分子的 运动速率瞬息万变,极无规律。故 B、C 选项正确。 答案:BC
探究一
探究二
●名师精讲●
1.产生原因 大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压 强。单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的,但是大量分子频繁地碰撞器壁,就 对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点看来,气体的压强 就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 2.决定气体压强大小的因素 (1)微观因素: ①气体分子密度(单位体积内气体分子数目):单位体积内气体的分子 数目越多,单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数越多,气体压强越大。 ②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,每个 气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的撞击力就大;从另一方 面讲,分子的平均速率大,在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多,累 计撞击力就大。
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5.容器中的气体分子在做高速无规则运动时,每个分子撞击器壁产生的力
是短暂的、不连续的,但容器壁受到大量分子
撞击,就会受到一个
的压力,从而产生压强。影响气体压强的因素是
和
,温度
越高,单位体积的分子数越多,气体的压强越大。
答案:频繁 稳定 温度 单位体积内的分子数目
大。气体分子的平均速率随温度升高而增大
比较 0 ℃和 100 ℃两种温度下,可看到气体分子的平均速率随温度
D 的变化而变化
×
答案:B
探究一
探究二
反思表中只是给出了氧气在 0 ℃和 100 ℃两个温度下的速率分
布情况,通过分析比较可得出: (1)在一定温度下,气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布; (2)温度越高速率大的分子比例较多。这个规律对任何气体都是适用的。
探究一
探究二
探究二 气体压强的产生原因及决定因素 ●问题导引●
在冬季,装有半瓶热水的暖水瓶经过一个夜晚后,第二天拔瓶口的软木 塞时,觉得塞子很紧,不易拔出来,其主要原因是什么?
提示:当装有半瓶水的暖水瓶经过一个夜晚后,瓶内气体温度降低,体积 不变,压强变小,因此瓶内压强小于大气压强,所以软木塞很难拔出。