2019-2020学年高中物理 第1章 分子动理论 第2节 气体分子运动与压强课件 鲁科版选修3-3

第1章分子动理论第2节气体分子运动与压强第1章分子动理论1.知道什么是统计规律，体会在研究大量偶然事件时采用统计方法的意义．2.知道气体分子运动速率的统计分布规律．(难点＋重点)3.理解气体压强的产生原因，知道温度、体积对气体压强的影响．(难点)一、偶然中的必然——统计规律某一事件的出现是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律，这种大量_______事件表现出来的整体规律，叫做_______规律．二、气体分子速率分布规律每个气体分子运动的速率是不确定的．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“___________、___________”的分布规律．偶然统计中间多两头少1．(1)气体分子的运动是杂乱无章的，没有一定的规律．()(2)大量气体分子的运动符合统计规律．()提示：(1)×(2)√三、气体的压强气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁________________产生的．压强就是大量气体分子作用在器壁____________上的平均作用力．明确气体压强的决定因素：气体________与______________________．频繁持续的碰撞单位面积温度单位体积的分子数2．(1)密闭气体的压强是由气体受到重力而产生的．()(2)气体的温度越高，压强就一定越大．()(3)大气压强是由于空气受重力产生的．()提示：(1)×(2)×(3)√气体分子的运动规律1．实验一：抛掷硬币实验者抛掷次数m出现正面次数n出现正面的频率nm棣莫佛204810610.5181布丰404020480.5069皮尔逊1200060190.5016皮尔逊24000120120.5005这些数据说明，某一事件的出现纯粹是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律．这种大量偶然事件表现出来的整体规律，叫做统计规律．2．实验二：用伽耳顿板模拟分子的无规则运动实验过程与现象：(1)从伽耳顿板的入口投入一个小球，该小球在下落过程中先后与许多小钉发生碰撞，最后落入某一个狭槽内，重复几次实验，可以发现小球每次落入的狭槽不完全相同．这表明，在每一次实验中，小球落入某个狭槽内的机会是偶然的．(2)如果一次投入大量的小球，可以看到，落入每个狭槽内的小球数目是不相同的，在中央处的狭槽内小球分布得最多，离中央越远的狭槽内小球分布得越少，呈现一种“中间多，两头少”的分布规律(如图)．3．麦克斯韦气体分子速率分布规律(1)规律内容：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．(2)温度升高时，“中间多，两头少”的分布规律不变，速率大的分子数量增多，分布曲线的峰值向速率大的一方移动(如图)．一定量的气体，在某一温度下分子速率按“中间多、两头少”的规律分布，但对某个分子来说，其速率是不确定的．4．气体分子运动的特点(1)大量分子无规则运动，使气体分子间频繁碰撞．例如标准状况下，1个空气分子在1s内跟其他空气分子碰撞的次数达65亿次．(2)正是“频繁碰撞”造成气体分子不断地改变运动方向，使得每个气体分子可自由运动的行程极短(理论研究指出通常情况下气体分子自由运动行程的数量级仅为10－8m)，整体上呈现为杂乱无章的运动．(3)分子运动的杂乱无章，使得分子在各个方向运动的机会均等．(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[解析]具有某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；由于分子之间频繁地碰撞，分子随时都会改变自己运动速度的大小和方向，因此在某一时刻一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，选项B正确；虽然每个分子的速度瞬息万变，但是大量分子的整体运动存在着统计规律．由于分子数目巨大，某一时刻向任意一个方向运动的分子数目只有很小的差别，可以认为是相等的，选项C正确；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．[答案]BC牢记气体分子运动的规律：一是个别分子运动的偶然性，二是大量分子整体运动具有的规律性，不可把大量分子的统计结果用在个别分子上，也不能因为少量的差异去要求整体规律上的严密性.1.如图，横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比．图中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯韦速率分布规律的是()A．曲线①B．曲线②C．曲线③D．曲线④解析：选D.在气体系统中，速率很小、速率很大的分子较少，中等速率的分子所占比率较大，符合正态分布．速率曲线应如曲线④.气体的压强1．气体压强产生的原因：大量气体分子与器壁碰撞时，对器壁产生持续的压力，单位面积上的压力即为压强．由此可见，气体的压强是大量的气体分子频繁的碰撞器壁而产生的．2．气体压强大小的决定因素：单位体积内的气体的分子数越多，分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数越多，压强越大；温度越高，气体分子运动的平均速率越大，每个分子对器壁的碰撞作用力就越大，由此可知：气体的压强由气体分子的密度和温度决定．(多选)对于一定量的稀薄气体，下列说法中正确的是()A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小[解题探究](1)影响气体压强的宏观因素有哪些？(2)影响气体压强的微观因素有哪些？[解析]一定量的稀薄气体，可以认为是理想气体．气体的压强增大可能是由气体的体积缩小而引起的，不一定是分子的热运动变得剧烈所致，A错误；在气体的体积增大时，气体分子的热运动一定变得剧烈，压强才会保持不变，B正确；气体压强增大可能是由气体的体积缩小而引起，这样气体分子的平均距离会变小，也可能是由于分子的热运动变得剧烈所致，而气体的体积不变，这时气体分子的平均距离不会变小，C错误；如果气体分子的热运动变得缓慢时，气体的体积减小一些，即气体分子的平均距离减小一些，气体的压强也可能减小，D正确．[答案]BD气体压强的分析技巧(1)明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞．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)明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能．(3)只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，不能根据任何单个因素的变化确定压强是否变化.2.对一定量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，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可能不变解析：选C.单位时间内与器壁单位面积上相碰的分子数N既与分子数的密度有关，还与分子的平均速率有关，当气体体积减小时，分子数密度增加，但若温度很低，分子平均速率很小，N也不一定增加，A错误；当温度升高，分子的平均速率增大，但若体积增大，分子密度减小，N也不一定增加，B错误；当气体压强不变，则器壁单位面积受到的压力不变，由于温度变化，每个分子对器壁的冲力变化，N只有变化才能保持压强不变，故C正确，D错误．气体压强与大气压强、液体压强的区别1．气体压强：因密闭容器中的气体密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体对器壁的压强由气体分子对器壁的碰撞产生，大小由气体分子的密集程度和温度决定，与地球的引力无关，气体对器壁上下左右的压强是大小相等的．2．大气压强：大气压强从微观上说是由于大气分子频繁撞击地面的结果，从宏观上说是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，地面大气压的值与地球表面积的乘积，近似等于大气层所受的重力值．3．液体压强：液体压强是由于自身重力所产生的，失重后将不再产生压强．如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装有与容器容积相等的水，乙中充满空气，试问：(1)两容器各侧壁压强的大小关系及压强的大小决定于哪些因素？(容器容积恒定)(2)若让两容器同时做自由落体运动，容器侧壁上所受压强将怎样变化？[解析](1)对甲容器，上壁的压强为零，底面的压强最大，其数值为p＝ρgh(h为上、下底面间的距离)．侧壁的压强自上而下，由小变大，其数值大小与侧壁上各点距水面的竖直距离x的关系是p＝ρgx.对乙容器，各处器壁上的压强大小都相等，其大小决定于气体的分子密度和温度．(2)甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零．乙容器做自由落体运动时，器壁各处的压强不发生变化．[答案]见解析3.如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中恰好装满水，乙中充满空气，则下列说法中正确的是(容器容积恒定)()A．两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的B．两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的C．甲容器中pApB，乙容器中pC＝pDD．当温度升高时，pA、pB变大，pC、pD也要变大解析：选C.甲容器压强产生的原因是液体受到重力的作用，而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁，A、B错；液体的压强p＝ρgh，hAhB，可知pApB，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，故pC＝pD，C对；当温度升高时，pA、pB不变，而pC、pD增大，D错．本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放