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1.3 分子運動速率分布規(guī)律
第一章 分子動理論
思考與討論：
(1)從頂部入口放入一個小球時，小球落入下面等寬的狹槽是不是偶然的？
(2)從頂部入口投入大量小球時，這些小球落入狹槽的分布情況有沒有什么規(guī)律？
(3)生活中還有那些類似現(xiàn)象？
(4)這些事例給了你哪些啟發(fā)，你認(rèn)為如何研究氣體分子運動規(guī)律？
單個氣體分子的運動是無規(guī)則的
研究氣體分子運動的特點思路:
每投入一個小球,小球落入某個狹槽是不確定的
多次投入小球后,小球落入狹槽的位置存在著一定的統(tǒng)計規(guī)律
大量氣體分子的運動也應(yīng)該存在一定的統(tǒng)計規(guī)律
(微觀 宏觀)
類比
(微觀 宏觀)
類比
熱現(xiàn)象
氣體分子運動的特點
01
思考：大量分子的熱運動服從統(tǒng)計規(guī)律，那么從統(tǒng)計學(xué)角度看，大量氣體分子的熱運動有些什么特點呢？
思考與討論
(1)氣體分子的大小相對于氣體分子間的空隙來說很小，我們研究氣體分子運動的性質(zhì)時，可否將氣體分子看成質(zhì)點？
(2)氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，它的運動性質(zhì)是怎樣的？
(3)為什么說氣體分子的運動是雜亂無章的？
(4)試分析總結(jié)氣體分子運動的特點？
(1)氣體分子的大小相對于氣體分子間的空隙來說很小，我們研究氣體分子運動的性質(zhì)時，可否將氣體分子看成質(zhì)點？
氣體分子間的空隙大約是氣體分子直徑的10倍左右，所以我們可以認(rèn)為氣體分子的大小相對于氣體分子間的空隙來說很小，在研究氣體分子的運動時，可以把氣體分子看成質(zhì)點。
（2）氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，它的運動性質(zhì)是怎樣的？
由于氣體分子間的空隙比較大，氣體分子間的作用力很弱，所以除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，氣體分子不受力而做勻速直線運動。
（3）為什么說氣體分子的運動是雜亂無章的？
①氣體分子做勻速直線運動，氣體能充滿它能達(dá)到的整個空間。
②氣體分子的數(shù)密度十分巨大，分子之間頻繁地碰撞，每個分子速度的大小和方向頻繁地改變。
③在某一時刻，向著任何一個方向運動的分子都有，且機(jī)會均等，個體的運動難以預(yù)測，具有隨機(jī)性。
（4）試分析總結(jié)氣體分子運動的特點？
（2）運動的無序性：大量氣體分子永不停息地做無規(guī)則運動.就某一個分子而言,在某一時刻它向哪一個方向運動,完全是隨機(jī)的.因此，在任一時刻分子沿各個方向運動的機(jī)會(概率)是均等的.
（1）運動的自由性：氣體很容易被壓縮,說明氣體分子之間的距離很大,分子間作用力很弱.因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,氣體分子不受力在空間內(nèi)自由移動.所以氣體沒有確定的形狀和體積,其體積等于容器的體積.（氣體分子不受力而做勻速直線運動，因而氣體會充滿它能達(dá)到的整個空間。 ）
（3）大量分子運動的規(guī)律性：在任一時刻向容器各個方向運動的分子數(shù)是均等的。
分子運動速率分布圖像
02
思考：分子做無規(guī)則運動，速率有大有小，大量分子的速率分布是否也存在統(tǒng)計規(guī)律呢？
下表是氧氣分子在 0 ℃ 和100℃ 兩種不同情況下的速率分布情況。
氧氣分子的速率分布圖
觀察圖表，思考一下，0℃和100℃氧氣分子的速率有什么特點？
問題1：圖像的橫縱坐標(biāo)的物理含義分別是什么？圖像與橫軸圍成的面積是多少？
問題2：同一溫度下，氧氣分子速率呈現(xiàn)什么樣的分布規(guī)律？
問題3：分子運動的速率與溫度有關(guān)。溫度升高時，所有分子運動的速率都增大嗎？
問題4：隨著溫度升高，氧氣分子中速率大的分子所占的比例是增大還是減小？
分子運動速率分布圖像
③溫度越高，分子熱運動越劇烈
①在任意溫度下，所有氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布。
②當(dāng)溫度升高時，“中間多”這一高峰向速率大的一方移動。
注意：溫度升高，氣體分子的平均速率變大，但是具體到某一個氣體分子，其速率可能變大也可能變小，無法確定。
【特別提醒】
單個或少量分子的運動是“個性行為”，具有不確定性。大量分子運動是“集體行為”，具有規(guī)律性即遵守統(tǒng)計規(guī)律。
氣體壓強(qiáng)的微觀解釋
03
思考：分子運動速率分布規(guī)律是“分子動理論的基本內(nèi)容”的拓展和延伸，你能聯(lián)系實際，利用分子動理論的內(nèi)容來解釋氣體對容器的壓強(qiáng)嗎？
1.氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因
問題1：回想你在雨中打傘的感覺，當(dāng)雨水打在傘面上時，你有什么感覺？
問題2：如果雨變大了，是指雨水的什么變大了？你撐傘的感覺有沒有變化？
問題1：1顆彈珠從離臺秤20cm高度處釋放，落到秤盤上，臺秤指針有擺動嗎？你能利用動量定理解釋這個變化嗎？
問題2：1顆彈珠從離臺秤20cm高度處釋放，落到秤盤上，臺秤指針有擺動嗎？與剛才有什么區(qū)別？
問題3：臺秤指針是固定在某一個數(shù)值不變嗎？為什么？
問題4：如果落到秤盤上的彈珠數(shù)量足夠多，這種差別還明顯嗎？
問題5：如果將這些彈珠從更高的位置落到秤盤上，指針偏轉(zhuǎn)情況又有什么變化？怎么解釋這個現(xiàn)象？
問題6：通過用彈珠模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理，請同學(xué)們解釋氣體壓強(qiáng)是怎么產(chǎn)生的。
1.氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因
從分子動理論的觀點來看，氣體對容器的壓強(qiáng)源于氣體分子的熱運動，當(dāng)它們飛到器壁時，就會跟器壁發(fā)生碰撞（可視為彈性碰撞），就是這個撞擊對器壁產(chǎn)生了作用力，從而產(chǎn)生了壓強(qiáng)。
各方向的壓強(qiáng)相同
思考1：氣體對器壁的壓強(qiáng)是撞擊的結(jié)果，但是這種撞擊是不連續(xù)的，為什么器壁受到的作用力卻是均勻不變的？
2.模擬與類比
一個分子撞擊容器壁的過程與之類似
一顆彈珠
多顆彈珠
對于單個分子來說，這種撞擊是間斷的、不均勻的
多數(shù)氣體分子連續(xù)不斷的撞擊容器壁的過程與之類似
對于大量分子總的作用來說，就表現(xiàn)為連續(xù)的和均勻的
思考2：總結(jié)出了氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因，那么你覺得影響氣體壓強(qiáng)的因素有哪些？
3.氣體壓強(qiáng)微觀解釋
（1）容器內(nèi)氣體分子的平均速率越大，單位時間內(nèi)、單位面積上氣體分子對器壁產(chǎn)生的作用力越大；
（2）容器內(nèi)氣體分子的數(shù)密度越大，單位時間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)越多，平均作用力越大。
4.氣體壓強(qiáng)宏觀因素
（1）與溫度有關(guān)：溫度越高，氣體分子的平均速率越大，氣體的壓強(qiáng)越大；
（2）與體積有關(guān)：體積越小，氣體分子的數(shù)密度越大，氣體的壓強(qiáng)越大。

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