解读中学物理气体分子运动特点

1、解读中学物理气体分子运动特点解读中学物理气体分子运动特点气体分子运动的特点是高中物理教学的重要内容，也是一个教学难点.教学中要结合大气压知识，通过阅读和演示得到气体压强产生的原因，引导学生理解物理气体分子的运动特点.1气体分子热运动的特征气体可以充满它所能到达的空间，既没有一定体积，也没有一定形状.为了理解气体分子热运动的根本特征，先观察气体分子热运动的图景.1快：气体分子热运动的速度是非常快.在常温下，气体分子热运动的平均速率的数量级为102/s，即平均地讲，气体分子以每秒数百米的速度运动着.如氧分子在标准状态下，平均速率为425/s.因此，分子的速度是相当快的.2小：气体分子的线度一般都是

2、非常小的，气体分子的有效直径的数量级为10-10.如，氢分子的有效直径为2.710-10，氮分子的有效直径为3.710-10.3多：在气体中，分子间的平均间隔 与分子的线度相比是很大的，虽然与固体和液体相比气体中的分子是比拟稀疏的，但仍然是由大量的分子所组成的.例如，在标准状态下，13中的气体分子数有2.691019个，可见，气体是由极多的分子所组成的.4乱：气体分子在运动中，互相碰撞是非常频繁的.在标准状态下，平均地讲，一个分子在1s内与其它分子互相碰撞的次数平均碰撞频率的数量级为109次，即几十亿次.如，氮分子在标准状态下，每秒钟内与其他分子平均碰撞74亿次.由于频繁的碰撞，分子的运动状态

3、在不断地改变，可见，气体分子运动是杂乱无章的、无规那么的，并且温度越高，无规那么运动的剧烈程度越大.通过对气体分子热运动的分析，可以理解到气体分子热运动的根本特征.可以想象到，气体是彼此间间隔 很大的大量分子的集合.通常讲，气体中分子的分布是相当稀疏的，因此，分子与分子之间的互相作用力，除了碰撞的一瞬间以外，极为微小，在连续两次碰撞之间，分子的运动可以看作是自分子本身惯性支配的自由运动.由于气体中大量分子都在不停地运动着，所以它们之间的碰撞是非常频繁的，其结果造成气体中的每一个分子都在不停地作无规那么的热运动，这就是气体分子热运动的根本特征.2分子间的碰撞分子间的碰撞是使气体内部可以到达热平衡

4、以及使气体分子运动服从统计规律的重要因素，因此，研究分子间的碰撞具有重要的意义.2.1分子力假设分子间的互相作用具有球对称性，分子力的半经历公式是f=1/rs-2/rtst.式中r为两分子中心间的间隔 ，1、2、s、t都是正的常数，可由实验确定.式中第一项为哪一项正的，表示排挤力，第二项是负的，表示吸引力.图1表示两个分子间的斥力f斥和引力f引及分子力引力和斥力和合力f随分子间间隔 r的变化情况.由于s和t都较大，斥力和引力都随r的增大而急剧减小，但由于st，所以斥力比引力减小得快.本文由论文联盟.Ll.搜集整理可见，分子力是短程力，是具有一定有效间隔 一般在10-9的力，超出了这个间隔 ，分

5、子力实际上可以完全忽略.当分子间的间隔 r=r0=2/11/t-s时，斥力和引力互相平衡，分子力f=0，这个位置称为平衡位置，其数量级约为10-10.在平衡位置以内，rr0，斥力和引力都随r减小而增大，但斥力增大得较快，因此，分子力表现为强大的斥力，f0，并且分子越接近，斥力越大.在平衡位置以外，rr0，斥力和引力都随r增大而减小，但斥力减小得快，因此，分子力表现为强大的引力，f0，并随分子间间隔 的增大，引力很快趋于零.2.2分子间碰撞的本质由于分子力是一种保守力，根据保守力与势能的一般关系dEp=-fdr，可得到分子势能随分子间间隔 f变化的函数关系.图2给出了分子势能曲线.下面根据势能曲

6、线来说明两个分子的互相碰撞过程.设一个分子静止不动，其中心固定在图2的坐标原点，另一个分子从极远处以动能Ek0这时势能为零，所以Ek0就是总能量E向原点趋近.在rr0的范围内，分子力是引力，随着r的减小，动能Ek增大，势能Ep减小，直到r=r0时，势能Ep减为最小，动能Ek增至最大，分子再继续趋近，在rr0的范围内，分子力是斥力，因此随着r的减小，势能ep增大而动能ek减小.当r=a时，势能等于ek0，即动能全部转化为势能，分子速高中阶段作图包括图象是解决许多物理问题的重要手段，本节课的教学着重加强了对学生作图才能的训练，作图中涉及到平行四边形、三角形、圆、垂线等几何图形，老师针对性地指导学生

7、作图标准，这样既训练学生的作图根本功，进步学生研究和解决问题的才能，又为以后的物理作图打下了良好的根底.同时可以根据详细问题列出物理量之间的关系式，进展推导和求解，并根据结果得出物理结论，必要时能运用几何图形、函数图象进展表达、分析.通过物理概念和规律的学习过程，理解物理学的研究方法，认识到物理实验、物理模型和数学工具在物理开展过程中的作用，逐步养成发现问题、主动解决问题的习惯，进步他们应用物理、数学知识处理实际问题的才能.=br=综上所述，在力的分解教学中，始终贯彻新课标，表达物理教学的课改理念从生活走向物理，从物理走向社会，旨在进步了学生的学习兴趣，通过问题驱动促使学生对物理规律进展深化讨

8、论和研究，本课的施行总体到达了预期的目的，学生由情入境，由境至理，表现了极大的学习兴趣，给整堂课确立了良好的气氛基调.培养学生见物思理的学习意识，老师就必须把课堂放开，倡导科学探究，让学生通过自己的思维、动手实验等，体验探究过程的曲折和乐趣，开展科学探究才能，增强对科学探究的理解.高中阶段尤其要注重科学探究，让学生真正动起来，在课堂上要选取生活中常见的实例和器材，真正表达身边物理见物思理，把物理教学与学生的生活体验相联络，让物理真正走进生活.度变为零，不能再趋近，这时分子在强大的斥力作用下被排挤开来.这便是通常被形象地看作分子间的弹性碰撞过程.从上面的分析可以看出，由于斥力的存在，两分子在一定

9、的间隔 d便互相排挤开，它是两个分子的最近间隔 .因此，一般把分子看作是直径为d的弹性球，而d的大小取决于分子原来的动能.但由于分子势能曲线在斥力作用下的一段非常陡，与不同的Ek0相应的d值实际相差很小，通常取d的平均值为分子的有效直径.实验说明，分子的有效直径的数量级一般为10-10.通过上面的讨论可见，所谓分子间的碰撞，并不像我们常见到的两个小球之间的直接碰撞，分子间碰撞的本质是在分子间斥力作用下的互相散射过程，分子间并不是真正的撞触.这样我们可以把分子间互相作用引起的散射，看成是由于弹性球之间发生的弹性碰撞所引起的，同时把两分子质心之间的最小间隔 的平均值看成是分子弹性球的直径，称为分子

10、的有效直径.在气体分子运动论中，更为简单的模型是把分子看作是无引力的弹性球.应当指出，不管什么模型，都并不是气体分子的真实大小和真实形状，它不涉及分子的构造，只是为了使问题简单化和形象化，实际上分子是一个复杂的系统，并不那么简单.3大量分子运动服从统计规律性气体分子做无规那么的热运动，就某一个分子来说，它在某一时刻的运动状态是不可意料的，带有很大的偶尔性.但对大量分子组成的整体来说，在平衡态下，其运动状态却有着必然的规律性.就个别分子来说，它的行为与气体的宏观性质没有什么必然的联络，但大量分子热运动的集体行为却与气体的宏观性质亲密相关.我们要研究大量分子热运动的集体行为所遵从的规律性，这种规律

11、称为统计规律.统计规律就是对大量的偶尔事件的整体起作用的规律.当气体系统在无外界作用时，处于平衡态下的气体密度均匀，正是大量分子沿空间各方向运动的时机相等，沿各个方向上运动的分子数相等，分子速度在各方向上分量的各种平均值也相等达一统计规律的反映.除了平衡态下气体密度均匀分布服从统计规律以外，分子的速率，能量以及在连续两次碰撞之间分子做自由运动所经过的直线路程自由程也都自遵从一定的统计规律性.4分子的速率分布气体分子以各种大小的速度沿空间各个方向运动着，而且由于分子间的频繁碰撞，每个分子的速度都在不断地改变，因此，假设在某一时刻去考察某一分子，它的速度具有怎样的数值和方向完全是偶尔的.然而，就大

12、量分子整体来看，在平衡态下，它们的速串分布却遵从着一定的统计规律，即在平衡状态下，大量气体分子分布于一定速率间隔内的分子数的数目是确定的，并不随时间改变.可以用统计方法作如下讨论：把分子的速率范围划分为假设干相等的间隔v，如表1，然后在其一温度下，将速率属于各间隔内的分子数N占总分子数N的百分比N/N根据实验测定记录在表内，称为速率分布.表1列出了在273K时空气的速串分布情况.从表中可以看出，低速或高速运动的分子数目较少，具有中等速率的分子占绝大多数.在大量分子热运动中像上述这样空气分子速率在273K时的分布情况低速或高速运动的分子数目少，而多数分子以中等速率运动的分布情况，对处于任何温度下的任何