沪科版物理选修3-31.4无序中的有序和1.5用统计思想解释分子运动的宏观表现

1、14无序中的有序无序中的有序15用统计思想解释分用统计思想解释分子运动的宏观表现子运动的宏观表现v一、一、气体分子气体分子运动的特点运动的特点:一、一、气体分子气体分子运动的特点运动的特点1通常状况下气体分子间的距离比较大通常状况下气体分子间的距离比较大(r10r0),相相互之间的作用力很小，因此可以忽略气体分子间的互之间的作用力很小，因此可以忽略气体分子间的_，认为气体分子除了相互碰撞或跟器壁，认为气体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，在空间自由运动因此，的作用，在空间自由运动因此，气体能够充满它所能到达的空间，气体能够充满它所能到达的空间，没有一定的体积没有一定的体

2、积和形状和形状相互作用相互作用力力2气体分子在不断的碰撞中频繁地改变着气体分子在不断的碰撞中频繁地改变着_和速率的大小，做着和速率的大小，做着_的运的运动由于分子数目是大量的，分子运动是杂动由于分子数目是大量的，分子运动是杂乱无章的，所以，大量分子沿各个方向运动乱无章的，所以，大量分子沿各个方向运动的机会是的机会是_的的方向方向杂乱无章杂乱无章均等均等二、无序中的有序二、无序中的有序1伽尔顿板试验：小球落入某个小格完全是一个随伽尔顿板试验：小球落入某个小格完全是一个随机的机的_事件，但多次重复操作可以发现，槽中各事件，但多次重复操作可以发现，槽中各小格中落入的小球数目有着一定的分布规律小格中落

3、入的小球数目有着一定的分布规律始始终是落入中间格子的小球数目终是落入中间格子的小球数目_，两边格子中的小，两边格子中的小球数目球数目_2从伽尔顿的实验中可以得到启示：对于由大量微从伽尔顿的实验中可以得到启示：对于由大量微观粒子组成的系统，就其宏观性质而言观粒子组成的系统，就其宏观性质而言,_起着主导作用起着主导作用偶然偶然多多少少统计规律统计规律三、气体分子运动的统计规律三、气体分子运动的统计规律11859年，英国著名物理学家麦克斯韦运用年，英国著名物理学家麦克斯韦运用_方法，找到了气体分子速率的分布函数，从而确定方法，找到了气体分子速率的分布函数，从而确定了气体分子速率的分布规律这个规律指出

4、，在一了气体分子速率的分布规律这个规律指出，在一定状态下，气体的大多数分子的速率都在某一固定定状态下，气体的大多数分子的速率都在某一固定数值附近，速率离开这个数值越远，具有这种速率数值附近，速率离开这个数值越远，具有这种速率的分子就的分子就_，即气体分子速率总体上是呈现出，即气体分子速率总体上是呈现出_ 的分布特征，很像伽尔顿板的分布特征，很像伽尔顿板实验中各小格中落入小球数目的分布实验中各小格中落入小球数目的分布统计统计越少越少“中间多，两头少中间多，两头少”3麦克斯韦的方法在物理学思想史上具有重要意麦克斯韦的方法在物理学思想史上具有重要意义，它向人们指出，对于一个由大量微观粒子组成义，它向

5、人们指出，对于一个由大量微观粒子组成的系统，利用统计方法，一旦找出某个微观量的的系统，利用统计方法，一旦找出某个微观量的_，便可求出这个微观量的，便可求出这个微观量的_,而这个统计平均值正好等于该系统的相应而这个统计平均值正好等于该系统的相应_量量.这样，就把分子的这样，就把分子的_跟物体的跟物体的_紧紧密地联系起来了因此，人们称颂麦克斯韦的统计密地联系起来了因此，人们称颂麦克斯韦的统计方法方法“标志着物理学新纪元的开始标志着物理学新纪元的开始”分布函数分布函数统计平均值统计平均值宏观宏观微观运动微观运动宏观表现宏观表现(2)分布规律与温度的关系：当温度升高时，分布规律与温度的关系：当温度升高

6、时，“中中间多、两头少间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的速的分布规律不变，气体分子的速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动动(如图如图141所示所示)麦克斯韦速率分布规律麦克斯韦速率分布规律图图141思考感悟思考感悟当温度升高时，所有分子的热运动速率都增加吗？当温度升高时，所有分子的热运动速率都增加吗？提示：提示：不是，温度是分子平均动能的标志，温度升不是，温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均速率增大，但对单个分子来说不一高，分子的平均速率增大，但对单个分子来说不一定增大定增大二、二、温度与气体压强温度与气体压强1物理学上把分子的无规则

7、运动称为热运动从分物理学上把分子的无规则运动称为热运动从分子动理论的观点看，微观分子运动决定着宏观的温子动理论的观点看，微观分子运动决定着宏观的温度，度，温度是物体内所有分子热运动的温度是物体内所有分子热运动的_的的标志标志2温度是组成物质的大量分子的热运动的温度是组成物质的大量分子的热运动的_表表现，它具有统计意义，对单个分子来说，温度是没现，它具有统计意义，对单个分子来说，温度是没有意义的有意义的平均动能平均动能宏观宏观3气体压强产生的原因：大量做无规则热运动的分气体压强产生的原因：大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地子对器壁频繁、持续地_产生了气体的压产生了气体的压强单个分子碰撞器

8、壁的冲力是短暂的强单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的,但是大量分但是大量分子频繁地撞击器壁，就对器壁产生持续、均匀的压子频繁地撞击器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就力所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁是大量气体分子作用在器壁_的平均作用的平均作用力力碰撞碰撞单位面积单位面积即时应用即时应用1关于气体分子运动的特点，下列说法正确的是关于气体分子运动的特点，下列说法正确的是()A由于气体分子间距离较大，所以气体很容易被压缩由于气体分子间距离较大，所以气体很容易被压缩B气体之所以能充满整个空间，是因为气体分子间相气体之所以能充满整个空

9、间，是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱，气体分子可以在空间互作用的引力和斥力十分微弱，气体分子可以在空间自由移动自由移动C由于气体分子间的距离较大，所以气体分子间由于气体分子间的距离较大，所以气体分子间根本不存在相互作用根本不存在相互作用D气体分子间除相互碰撞外，几乎无相互作用气体分子间除相互碰撞外，几乎无相互作用解析：解析：选选ABD.气体分子间距离大，相互作用的引力气体分子间距离大，相互作用的引力和斥力很微弱，很容易被压缩，能自由运动，和斥力很微弱，很容易被压缩，能自由运动，A、B对但气体间不是没有相互作用，对但气体间不是没有相互作用，C错，错，D对对二、温度及气体压强的微观解释

10、二、温度及气体压强的微观解释(3)温度从分子动理论角度可以做如下理解：温度从分子动理论角度可以做如下理解：温度是大量分子集体行为的反映温度是大量分子集体行为的反映,具有统计意义，具有统计意义，温度对单个分子是没有意义的温度对单个分子是没有意义的不同物体在相同温度下，物体内分子热运动的平不同物体在相同温度下，物体内分子热运动的平均动能都相同，但不同物质的分子平均速度的大小均动能都相同，但不同物质的分子平均速度的大小一般不同一般不同温度升高时，物体内分子的平均动能一定增大，温度升高时，物体内分子的平均动能一定增大，但并不是每个分子的动能都增大但并不是每个分子的动能都增大,同理，温度降低，同理，温度

11、降低，分子的平均动能一定减少，但并不是每个分子的动分子的平均动能一定减少，但并不是每个分子的动能都会减少能都会减少2气体压强的微观解释气体压强的微观解释(1)气体压强的产生：大量做无规则热运动的分子对气体压强的产生：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来看，气体的压强就是大量气从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器

12、壁单位面积上的平均作用力体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力(2)微观因素：气体压强由气体分子的密集程度和平微观因素：气体压强由气体分子的密集程度和平均动能决定：均动能决定：A气体分子的密集程度气体分子的密集程度(即单位体积内即单位体积内气体分子的数目气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多；壁碰撞的分子数就多；B气体的温度高，气体分子气体的温度高，气体分子的平均动能变大，每个气体分子与器壁的碰撞的平均动能变大，每个气体分子与器壁的碰撞(可视可视为弹性碰撞为弹性碰撞)给器壁的冲力就大；从另一方面讲，气给器壁的冲力就大；从另一方面讲，气体分

13、子的平均速率大，在单位时间里撞击器壁的次体分子的平均速率大，在单位时间里撞击器壁的次数就多，累计冲力就大数就多，累计冲力就大即时应用即时应用 2关于气体压强，下列说法中正确的是关于气体压强，下列说法中正确的是()A气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大增大B气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大增大C气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大增大D气体分子的平均动能增大，则气体的压强有可气体分子的平均动能增大，则气体的压强有可能减小能减小解析：解析：选选D.气体

14、的压强与两个因素有关，一是气体气体的压强与两个因素有关，一是气体分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，或者分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，或者说，一是温度，二是体积密集程度或平均动能增说，一是温度，二是体积密集程度或平均动能增大，都只强调了问题的一方面，也就是说，平均动大，都只强调了问题的一方面，也就是说，平均动能增大的同时，气体的体积可能也增大，使得分子能增大的同时，气体的体积可能也增大，使得分子的密集程度减小，所以压强可能增大的密集程度减小，所以压强可能增大,也可能减也可能减小同理，当分子的密集程度增大时，分子的平均小同理，当分子的密集程度增大时，分子的平均动能可能减小，压强的变

15、化不能确定动能可能减小，压强的变化不能确定 下表为下表为0 和和100 时氧分子的速率分布，时氧分子的速率分布，对其理解正确的是对其理解正确的是()氧分子的速率分布氧分子的速率分布不同温度下各速率区间的分子数占总分子数的百不同温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分比分比%课堂互动讲练课堂互动讲练气体分子的运动特点分析气体分子的运动特点分析按速率大小划分的速率按速率大小划分的速率区间区间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.温度升高，每个氧分子的速率都增大温度升高，每个氧分子的速率都增大B100 时与时与0 时相比，大速率分子所占比例时相比，大速率分子所占比例增加增加C分子运动满足统计规律，温度升高，氧分子的分子运动满足统计规律，温度升高，氧分子的平均速率增大平均速率增大D温度升高，分子的平均速率增大，适应于所有温度升高，分子的平均速率增大，适应于所有物质分子物质分子【精讲精析精讲精析】分子的运动遵循统计规律，适应于分子的运动遵循统计规律，适应于大量分子，对单个分子不适应，故大量分子，对单个分子不适应，故A错；温度升高，错；温度升高，分

17、子平均速率增大的表现为大速率分子所占比例增分子平均速率增大的表现为大速率分子所占比例增加，故加，故B、C正确；速率分布规律适应于所有物质分正确；速率分布规律适应于所有物质分子，子，D对对【答案答案】BCD【方法总结方法总结】(1)对于大量分子无规则运动的速对于大量分子无规则运动的速率，无法采用牛顿力学方法精确地予以确定，但可率，无法采用牛顿力学方法精确地予以确定，但可以用统计方法找出其分布规律以用统计方法找出其分布规律(2)气体分子速率分布总体上呈现出气体分子速率分布总体上呈现出“中间多中间多,两边两边少少”的正态分布特征的正态分布特征.它跟伽尔顿板的类比如下：它跟伽尔顿板的类比如下：伽尔顿板

18、实验中的小球伽尔顿板实验中的小球气体分子气体分子小球相互间及跟钉子的碰撞小球相互间及跟钉子的碰撞气体分子相互间及跟气体分子相互间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气体分子获得不同的速率气体分子获得不同的速率(3)气体分子的速率分布跟温度有关，温度升高，气体分子的速率分布跟温度有关，温度升高，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 关于温度，下列说法正确的是关于温度，下列说法正确的是()A温度越高，分子动能越大温度越高，分子动能越大B物体的运动速度越大，分子总动能越大，因而物物体的运动速度越大，分子总动能越大，因而物体温度也越高体温度也越高C一个分子运动的

19、速率越大，该分子的温度越高一个分子运动的速率越大，该分子的温度越高D温度是大量分子无规则热运动平均动能的量度温度是大量分子无规则热运动平均动能的量度温度的微观解释温度的微观解释【精讲精析精讲精析】温度越高，只是分子的平均动能变温度越高，只是分子的平均动能变大，并不是物体每个分子的动能都大，因而大，并不是物体每个分子的动能都大，因而A错；错；物体整体的运动速度对应的是机械能物体整体的运动速度对应的是机械能(动能动能)，而温，而温度仅与分子的平均动能有关，与物体整体运动的速度仅与分子的平均动能有关，与物体整体运动的速度毫无关系，度毫无关系，B错；温度是对大量分子集体错；温度是对大量分子集体(物体物体)而而言的，是统计、平均概念，对单个分子无意义，言的，是统计、平均概念，对单个分子无意义，C错错【答案答案】D【方法总结方法总结】温度是分子平均动能的标志，反映温度是分子平均动能的标志，反映的是大量分子热运动的统计规律，同一温度下各个的是大量分子热运动的统计规律，同一温度下各个分子的动