滬科版 物理 選修3-31.4 無序中的有序和1.5 用統(tǒng)計思想解釋分子運動的宏觀表現(xiàn)

1、14無序中的有序無序中的有序15用統(tǒng)計思想解釋分用統(tǒng)計思想解釋分子運動的宏觀表現(xiàn)子運動的宏觀表現(xiàn)v一、一、氣體分子氣體分子運動的特點運動的特點:一、一、氣體分子氣體分子運動的特點運動的特點1通常狀況下氣體分子間的距離比較大通常狀況下氣體分子間的距離比較大(r10r0),相相互之間的作用力很小，因此可以忽略氣體分子間的互之間的作用力很小，因此可以忽略氣體分子間的_，認為氣體分子除了相互碰撞或跟器壁，認為氣體分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外，不受碰撞外，不受_的作用，在空間自由運動因此，的作用，在空間自由運動因此，氣體能夠充滿它所能到達的空間，氣體能夠充滿它所能到達的空間，沒有一定的體積沒有一定的體

2、積和形狀和形狀相互作用相互作用力力2氣體分子在不斷的碰撞中頻繁地改變著氣體分子在不斷的碰撞中頻繁地改變著_和速率的大小，做著和速率的大小，做著_的運的運動由于分子數(shù)目是大量的，分子運動是雜動由于分子數(shù)目是大量的，分子運動是雜亂無章的，所以，大量分子沿各個方向運動亂無章的，所以，大量分子沿各個方向運動的機會是的機會是_的的方向方向雜亂無章雜亂無章均等均等二、無序中的有序二、無序中的有序1伽爾頓板試驗：小球落入某個小格完全是一個隨伽爾頓板試驗：小球落入某個小格完全是一個隨機的機的_事件，但多次重復(fù)操作可以發(fā)現(xiàn)，槽中各事件，但多次重復(fù)操作可以發(fā)現(xiàn)，槽中各小格中落入的小球數(shù)目有著一定的分布規(guī)律小格中落

3、入的小球數(shù)目有著一定的分布規(guī)律始始終是落入中間格子的小球數(shù)目終是落入中間格子的小球數(shù)目_，兩邊格子中的小，兩邊格子中的小球數(shù)目球數(shù)目_2從伽爾頓的實驗中可以得到啟示：對于由大量微從伽爾頓的實驗中可以得到啟示：對于由大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，就其宏觀性質(zhì)而言觀粒子組成的系統(tǒng)，就其宏觀性質(zhì)而言,_起著主導(dǎo)作用起著主導(dǎo)作用偶然偶然多多少少統(tǒng)計規(guī)律統(tǒng)計規(guī)律三、氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律三、氣體分子運動的統(tǒng)計規(guī)律11859年，英國著名物理學(xué)家麥克斯韋運用年，英國著名物理學(xué)家麥克斯韋運用_方法，找到了氣體分子速率的分布函數(shù)，從而確定方法，找到了氣體分子速率的分布函數(shù)，從而確定了氣體分子速率的分布規(guī)律這個規(guī)律指出

4、，在一了氣體分子速率的分布規(guī)律這個規(guī)律指出，在一定狀態(tài)下，氣體的大多數(shù)分子的速率都在某一固定定狀態(tài)下，氣體的大多數(shù)分子的速率都在某一固定數(shù)值附近，速率離開這個數(shù)值越遠，具有這種速率數(shù)值附近，速率離開這個數(shù)值越遠，具有這種速率的分子就的分子就_，即氣體分子速率總體上是呈現(xiàn)出，即氣體分子速率總體上是呈現(xiàn)出_ 的分布特征，很像伽爾頓板的分布特征，很像伽爾頓板實驗中各小格中落入小球數(shù)目的分布實驗中各小格中落入小球數(shù)目的分布統(tǒng)計統(tǒng)計越少越少“中間多，兩頭少中間多，兩頭少”3麥克斯韋的方法在物理學(xué)思想史上具有重要意麥克斯韋的方法在物理學(xué)思想史上具有重要意義，它向人們指出，對于一個由大量微觀粒子組成義，它向

5、人們指出，對于一個由大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，利用統(tǒng)計方法，一旦找出某個微觀量的的系統(tǒng)，利用統(tǒng)計方法，一旦找出某個微觀量的_，便可求出這個微觀量的，便可求出這個微觀量的_,而這個統(tǒng)計平均值正好等于該系統(tǒng)的相應(yīng)而這個統(tǒng)計平均值正好等于該系統(tǒng)的相應(yīng)_量量.這樣，就把分子的這樣，就把分子的_跟物體的跟物體的_緊緊密地聯(lián)系起來了因此，人們稱頌麥克斯韋的統(tǒng)計密地聯(lián)系起來了因此，人們稱頌麥克斯韋的統(tǒng)計方法方法“標(biāo)志著物理學(xué)新紀(jì)元的開始標(biāo)志著物理學(xué)新紀(jì)元的開始”分布函數(shù)分布函數(shù)統(tǒng)計平均值統(tǒng)計平均值宏觀宏觀微觀運動微觀運動宏觀表現(xiàn)宏觀表現(xiàn)(2)分布規(guī)律與溫度的關(guān)系：當(dāng)溫度升高時，分布規(guī)律與溫度的關(guān)系：當(dāng)溫度升高

6、時，“中中間多、兩頭少間多、兩頭少”的分布規(guī)律不變，氣體分子的速的分布規(guī)律不變，氣體分子的速率增大，分布曲線的峰值向速率大的一方移率增大，分布曲線的峰值向速率大的一方移動動(如圖如圖141所示所示)麥克斯韋速率分布規(guī)律麥克斯韋速率分布規(guī)律圖圖141思考感悟思考感悟當(dāng)溫度升高時，所有分子的熱運動速率都增加嗎？當(dāng)溫度升高時，所有分子的熱運動速率都增加嗎？提示：提示：不是，溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度升不是，溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度升高，分子的平均速率增大，但對單個分子來說不一高，分子的平均速率增大，但對單個分子來說不一定增大定增大二、二、溫度與氣體壓強溫度與氣體壓強1物理學(xué)上把分子的無規(guī)則

7、運動稱為熱運動從分物理學(xué)上把分子的無規(guī)則運動稱為熱運動從分子動理論的觀點看，微觀分子運動決定著宏觀的溫子動理論的觀點看，微觀分子運動決定著宏觀的溫度，度，溫度是物體內(nèi)所有分子熱運動的溫度是物體內(nèi)所有分子熱運動的_的的標(biāo)志標(biāo)志2溫度是組成物質(zhì)的大量分子的熱運動的溫度是組成物質(zhì)的大量分子的熱運動的_表表現(xiàn)，它具有統(tǒng)計意義，對單個分子來說，溫度是沒現(xiàn)，它具有統(tǒng)計意義，對單個分子來說，溫度是沒有意義的有意義的平均動能平均動能宏觀宏觀3氣體壓強產(chǎn)生的原因：大量做無規(guī)則熱運動的分氣體壓強產(chǎn)生的原因：大量做無規(guī)則熱運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地子對器壁頻繁、持續(xù)地_產(chǎn)生了氣體的壓產(chǎn)生了氣體的壓強單個分子碰撞器

8、壁的沖力是短暫的強單個分子碰撞器壁的沖力是短暫的,但是大量分但是大量分子頻繁地撞擊器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓子頻繁地撞擊器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力所以從分子動理論的觀點來看，氣體的壓強就力所以從分子動理論的觀點來看，氣體的壓強就是大量氣體分子作用在器壁是大量氣體分子作用在器壁_的平均作用的平均作用力力碰撞碰撞單位面積單位面積即時應(yīng)用即時應(yīng)用1關(guān)于氣體分子運動的特點，下列說法正確的是關(guān)于氣體分子運動的特點，下列說法正確的是()A由于氣體分子間距離較大，所以氣體很容易被壓縮由于氣體分子間距離較大，所以氣體很容易被壓縮B氣體之所以能充滿整個空間，是因為氣體分子間相氣體之所以能充滿整個空

9、間，是因為氣體分子間相互作用的引力和斥力十分微弱，氣體分子可以在空間互作用的引力和斥力十分微弱，氣體分子可以在空間自由移動自由移動C由于氣體分子間的距離較大，所以氣體分子間由于氣體分子間的距離較大，所以氣體分子間根本不存在相互作用根本不存在相互作用D氣體分子間除相互碰撞外，幾乎無相互作用氣體分子間除相互碰撞外，幾乎無相互作用解析：解析：選選ABD.氣體分子間距離大，相互作用的引力氣體分子間距離大，相互作用的引力和斥力很微弱，很容易被壓縮，能自由運動，和斥力很微弱，很容易被壓縮，能自由運動，A、B對但氣體間不是沒有相互作用，對但氣體間不是沒有相互作用，C錯，錯，D對對二、溫度及氣體壓強的微觀解釋

10、二、溫度及氣體壓強的微觀解釋(3)溫度從分子動理論角度可以做如下理解：溫度從分子動理論角度可以做如下理解：溫度是大量分子集體行為的反映溫度是大量分子集體行為的反映,具有統(tǒng)計意義，具有統(tǒng)計意義，溫度對單個分子是沒有意義的溫度對單個分子是沒有意義的不同物體在相同溫度下，物體內(nèi)分子熱運動的平不同物體在相同溫度下，物體內(nèi)分子熱運動的平均動能都相同，但不同物質(zhì)的分子平均速度的大小均動能都相同，但不同物質(zhì)的分子平均速度的大小一般不同一般不同溫度升高時，物體內(nèi)分子的平均動能一定增大，溫度升高時，物體內(nèi)分子的平均動能一定增大，但并不是每個分子的動能都增大但并不是每個分子的動能都增大,同理，溫度降低，同理，溫度

11、降低，分子的平均動能一定減少，但并不是每個分子的動分子的平均動能一定減少，但并不是每個分子的動能都會減少能都會減少2氣體壓強的微觀解釋氣體壓強的微觀解釋(1)氣體壓強的產(chǎn)生：大量做無規(guī)則熱運動的分子對氣體壓強的產(chǎn)生：大量做無規(guī)則熱運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞產(chǎn)生了氣體的壓強單個分器壁頻繁、持續(xù)地碰撞產(chǎn)生了氣體的壓強單個分子碰撞器壁的沖力是短暫的，但是大量分子頻繁地子碰撞器壁的沖力是短暫的，但是大量分子頻繁地碰撞器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力所以碰撞器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力所以從分子動理論的觀點來看，氣體的壓強就是大量氣從分子動理論的觀點來看，氣體的壓強就是大量氣體分子作用在器

12、壁單位面積上的平均作用力體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力(2)微觀因素：氣體壓強由氣體分子的密集程度和平微觀因素：氣體壓強由氣體分子的密集程度和平均動能決定：均動能決定：A氣體分子的密集程度氣體分子的密集程度(即單位體積內(nèi)即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目氣體分子的數(shù)目)大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多；壁碰撞的分子數(shù)就多；B氣體的溫度高，氣體分子氣體的溫度高，氣體分子的平均動能變大，每個氣體分子與器壁的碰撞的平均動能變大，每個氣體分子與器壁的碰撞(可視可視為彈性碰撞為彈性碰撞)給器壁的沖力就大；從另一方面講，氣給器壁的沖力就大；從另一方面講，氣體分

13、子的平均速率大，在單位時間里撞擊器壁的次體分子的平均速率大，在單位時間里撞擊器壁的次數(shù)就多，累計沖力就大數(shù)就多，累計沖力就大即時應(yīng)用即時應(yīng)用 2關(guān)于氣體壓強，下列說法中正確的是關(guān)于氣體壓強，下列說法中正確的是()A氣體分子的平均速率增大，則氣體的壓強一定氣體分子的平均速率增大，則氣體的壓強一定增大增大B氣體分子的密集程度增大，則氣體的壓強一定氣體分子的密集程度增大，則氣體的壓強一定增大增大C氣體分子的平均動能增大，則氣體的壓強一定氣體分子的平均動能增大，則氣體的壓強一定增大增大D氣體分子的平均動能增大，則氣體的壓強有可氣體分子的平均動能增大，則氣體的壓強有可能減小能減小解析：解析：選選D.氣體

14、的壓強與兩個因素有關(guān)，一是氣體氣體的壓強與兩個因素有關(guān)，一是氣體分子的平均動能，二是氣體分子的密集程度，或者分子的平均動能，二是氣體分子的密集程度，或者說，一是溫度，二是體積密集程度或平均動能增說，一是溫度，二是體積密集程度或平均動能增大，都只強調(diào)了問題的一方面，也就是說，平均動大，都只強調(diào)了問題的一方面，也就是說，平均動能增大的同時，氣體的體積可能也增大，使得分子能增大的同時，氣體的體積可能也增大，使得分子的密集程度減小，所以壓強可能增大的密集程度減小，所以壓強可能增大,也可能減也可能減小同理，當(dāng)分子的密集程度增大時，分子的平均小同理，當(dāng)分子的密集程度增大時，分子的平均動能可能減小，壓強的變

15、化不能確定動能可能減小，壓強的變化不能確定 下表為下表為0 和和100 時氧分子的速率分布，時氧分子的速率分布，對其理解正確的是對其理解正確的是()氧分子的速率分布氧分子的速率分布不同溫度下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百不同溫度下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比分比%課堂互動講練課堂互動講練氣體分子的運動特點分析氣體分子的運動特點分析按速率大小劃分的速率按速率大小劃分的速率區(qū)間區(qū)間v/ms10 100 100以下以下1.40.71002008.15.420030017.011.930040021.417.440050020.418.650060015.116.76007009.212.9

16、7008004.57.98009002.04.6900以上以上0.93.9A.溫度升高，每個氧分子的速率都增大溫度升高，每個氧分子的速率都增大B100 時與時與0 時相比，大速率分子所占比例時相比，大速率分子所占比例增加增加C分子運動滿足統(tǒng)計規(guī)律，溫度升高，氧分子的分子運動滿足統(tǒng)計規(guī)律，溫度升高，氧分子的平均速率增大平均速率增大D溫度升高，分子的平均速率增大，適應(yīng)于所有溫度升高，分子的平均速率增大，適應(yīng)于所有物質(zhì)分子物質(zhì)分子【精講精析精講精析】分子的運動遵循統(tǒng)計規(guī)律，適應(yīng)于分子的運動遵循統(tǒng)計規(guī)律，適應(yīng)于大量分子，對單個分子不適應(yīng)，故大量分子，對單個分子不適應(yīng)，故A錯；溫度升高，錯；溫度升高，分

17、子平均速率增大的表現(xiàn)為大速率分子所占比例增分子平均速率增大的表現(xiàn)為大速率分子所占比例增加，故加，故B、C正確；速率分布規(guī)律適應(yīng)于所有物質(zhì)分正確；速率分布規(guī)律適應(yīng)于所有物質(zhì)分子，子，D對對【答案答案】BCD【方法總結(jié)方法總結(jié)】(1)對于大量分子無規(guī)則運動的速對于大量分子無規(guī)則運動的速率，無法采用牛頓力學(xué)方法精確地予以確定，但可率，無法采用牛頓力學(xué)方法精確地予以確定，但可以用統(tǒng)計方法找出其分布規(guī)律以用統(tǒng)計方法找出其分布規(guī)律(2)氣體分子速率分布總體上呈現(xiàn)出氣體分子速率分布總體上呈現(xiàn)出“中間多中間多,兩邊兩邊少少”的正態(tài)分布特征的正態(tài)分布特征.它跟伽爾頓板的類比如下：它跟伽爾頓板的類比如下：伽爾頓板

18、實驗中的小球伽爾頓板實驗中的小球氣體分子氣體分子小球相互間及跟釘子的碰撞小球相互間及跟釘子的碰撞氣體分子相互間及跟氣體分子相互間及跟器壁的碰撞器壁的碰撞小球落入不同的小格小球落入不同的小格氣體分子獲得不同的速率氣體分子獲得不同的速率(3)氣體分子的速率分布跟溫度有關(guān)，溫度升高，氣體分子的速率分布跟溫度有關(guān)，溫度升高，速率大的分子所占的比例增加速率大的分子所占的比例增加 關(guān)于溫度，下列說法正確的是關(guān)于溫度，下列說法正確的是()A溫度越高，分子動能越大溫度越高，分子動能越大B物體的運動速度越大，分子總動能越大，因而物物體的運動速度越大，分子總動能越大，因而物體溫度也越高體溫度也越高C一個分子運動的

19、速率越大，該分子的溫度越高一個分子運動的速率越大，該分子的溫度越高D溫度是大量分子無規(guī)則熱運動平均動能的量度溫度是大量分子無規(guī)則熱運動平均動能的量度溫度的微觀解釋溫度的微觀解釋【精講精析精講精析】溫度越高，只是分子的平均動能變溫度越高，只是分子的平均動能變大，并不是物體每個分子的動能都大，因而大，并不是物體每個分子的動能都大，因而A錯；錯；物體整體的運動速度對應(yīng)的是機械能物體整體的運動速度對應(yīng)的是機械能(動能動能)，而溫，而溫度僅與分子的平均動能有關(guān)，與物體整體運動的速度僅與分子的平均動能有關(guān)，與物體整體運動的速度毫無關(guān)系，度毫無關(guān)系，B錯；溫度是對大量分子集體錯；溫度是對大量分子集體(物體物體)而而言的，是統(tǒng)計、平均概念，對單個分子無意義，言的，是統(tǒng)計、平均概念，對單個分子無意義，C錯錯【答案答案】D【方法總結(jié)方法總結(jié)】溫度是分子平均動能的標(biāo)志，反映溫度是分子平均動能的標(biāo)志，反映的是大量分子熱運動的統(tǒng)計規(guī)律，同一溫度下各個的是大量分子熱運動的統(tǒng)計規(guī)律，同一溫度下各個分子的動