1、8.4 8.4 气体热现象的微观意义气体热现象的微观意义甲甲：我很怕坐飞机，我问过专家，每架飞机上：我很怕坐飞机，我问过专家，每架飞机上 有炸弹的概率是万分之一万分之一虽然有炸弹的概率是万分之一万分之一虽然 很小，但还没小到可以忽略不计的程度，很小，但还没小到可以忽略不计的程度， 所以我以前从来不坐飞机。所以我以前从来不坐飞机。乙乙：可是你今天为什么来坐飞机：可是你今天为什么来坐飞机了？了？甲甲：我又问过专家，每架飞机上有一颗炸弹的概率是万分之一，：我又问过专家，每架飞机上有一颗炸弹的概率是万分之一， 但每架飞机上同时有两颗炸弹的概率只有亿分之一这已经但每架飞机上同时有两颗炸弹的概率只有亿分之
2、一这已经 小到可以忽略不计了。小到可以忽略不计了。乙乙：但两颗炸弹与你坐不坐飞机有什么关系但两颗炸弹与你坐不坐飞机有什么关系？甲甲：当然有关系啦不是说同时有两颗炸弹的概率很小吗，我：当然有关系啦不是说同时有两颗炸弹的概率很小吗，我 现在自带了一颗炸弹，飞机上再有一颗几乎是不可能的，现在自带了一颗炸弹，飞机上再有一颗几乎是不可能的， 所以我才放心地来坐飞机！所以我才放心地来坐飞机！乙乙：#￥%&我和你想的一样，我也带了一颗！我和你想的一样，我也带了一颗！ 一、随机性与统计规律一、随机性与统计规律1、在一定条件下，若某事件、在一定条件下，若某事件必然出现必然出现，这个事件叫做这个事件叫做必然事件必
3、然事件2、若某件事、若某件事不可能出现不可能出现，这个事件叫做，这个事件叫做不可能事件不可能事件3、若在一定条件下某事件、若在一定条件下某事件可能出现可能出现，也，也可能不出现，这个事件叫做可能不出现，这个事件叫做随机事件随机事件随机事件的出现是不是就没有统计规律了呢？随机事件的出现是不是就没有统计规律了呢？掷币实验掷币实验【实验方法实验方法】1、将、将4枚硬币握在手中，在桌面上随意投掷枚硬币握在手中，在桌面上随意投掷10次。次。2、记录每次投掷时正面朝上的硬币数。、记录每次投掷时正面朝上的硬币数。3、统计共、统计共10次投掷中有次投掷中有0、1、2、3、4枚硬币正面朝上的枚硬币正面朝上的 次
4、数，并将结果填入表格中。次数，并将结果填入表格中。总共投掷总共投掷的次数的次数 4 4枚硬币中正面朝上的硬币枚数枚硬币中正面朝上的硬币枚数0 01 12 23 34 4我的实验数据我的实验数据1010我所在大组的数据我所在大组的数据全班的数据全班的数据统计对象统计对象次数次数统计项目统计项目【实验目的实验目的】研究随机事件的出现是否存在规律性研究随机事件的出现是否存在规律性伽尔顿板伽尔顿板统计规律演示统计规律演示大量的偶然事件服从一定的统计规律大量的偶然事件服从一定的统计规律讨论讨论:上面的实验给我们什么启示上面的实验给我们什么启示?1 1、个别事件的出现有其偶然性、个别事件的出现有其偶然性2
5、 2、大量随机事件的整体会表现出一定的规律、大量随机事件的整体会表现出一定的规律 - -统计规律统计规律你能例举一些生活中运用统计规律的实例吗？你能例举一些生活中运用统计规律的实例吗？ 分子的运动是无规则的，每个分子的运分子的运动是无规则的，每个分子的运动都具有不确定性。但物体是由大量分子组动都具有不确定性。但物体是由大量分子组成的，因而物体的热现象的宏观特性是由大成的，因而物体的热现象的宏观特性是由大量分子的集体行为决定的。所以看起来无规量分子的集体行为决定的。所以看起来无规则的分子热运动，也必定是有一定的规律则的分子热运动，也必定是有一定的规律的的统计规律统计规律气体分子运动的特点气体分子
6、运动的特点1、气体间的距离较大，分子间相互作用力十分微弱，可、气体间的距离较大，分子间相互作用力十分微弱，可认为气体分子在运动过程中，除碰撞的瞬间外，分子之间认为气体分子在运动过程中，除碰撞的瞬间外，分子之间以及分子和器壁之间都无相互作用力以及分子和器壁之间都无相互作用力.2、分子之间和分子与器壁之间的碰撞、分子之间和分子与器壁之间的碰撞,都是完全弹性碰撞都是完全弹性碰撞.除碰撞以外除碰撞以外,分子的运动是匀速直线运动。分子的运动是匀速直线运动。4、气体分子与容器的碰撞十分频繁，常温下空气分子每、气体分子与容器的碰撞十分频繁，常温下空气分子每秒与秒与1cm2的容器壁的碰撞次数高达的容器壁的碰撞
7、次数高达3.591023 次。次。3.气体分子的运动杂乱无章，在某一时刻向着任何一个气体分子的运动杂乱无章，在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有，但对大量分子而言，在任一时方向运动的分子都有，但对大量分子而言，在任一时刻向各个方向的运动机会均等。刻向各个方向的运动机会均等。dvvekTmNdNkTmvv2223224 2223224vekTmvfkTmv麦克斯韦速率分布函数麦克斯韦速率分布函数1860年麦克斯韦推导出理想气体的速率分布律。年麦克斯韦推导出理想气体的速率分布律。在平衡态下，当气体分子间的相互作用可以忽略时，在平衡态下，当气体分子间的相互作用可以忽略时，分布在任一速率区间分布在
8、任一速率区间 vv+dv 的分子数占总分子数的的分子数占总分子数的比率为：比率为： 麦克斯韦速度分布律麦克斯韦速度分布律m：一个分子的质量：一个分子的质量 k：玻耳兹曼常量：玻耳兹曼常量 T：系统的温度：系统的温度1859年，麦克斯韦首先用碰撞概率方法导出。年，麦克斯韦首先用碰撞概率方法导出。麦克斯韦速率分布函数麦克斯韦速率分布函数 2223224vekTmvfkTmv 大学物理大学物理 12-6 麦克斯韦速率分布麦克斯韦速率分布 理学院 物理系 2022-4-28麦克斯韦速率分布曲线麦克斯韦速率分布曲线vO vfvvvd vvfNNdd 某一温度下麦克斯韦速率分布曲线某一温度下麦克斯韦速率分
9、布曲线 2232224vekTmvfv -kTm 19551955年，美国哥伦比亚大学的物理学家密勒和库士年，美国哥伦比亚大学的物理学家密勒和库士利用实验比较精确的验证了麦克斯韦速率分布律。利用实验比较精确的验证了麦克斯韦速率分布律。密勒和库士实验 以不同的角速度转动仪器，可使不同速率的汞分子通过以不同的角速度转动仪器，可使不同速率的汞分子通过而沉淀在屏上，用测微光度计测量屏上的沉淀厚度，从而可而沉淀在屏上，用测微光度计测量屏上的沉淀厚度，从而可得到不同速率区间的分子数的相对比值，测量结果与麦克斯得到不同速率区间的分子数的相对比值，测量结果与麦克斯韦速率分布律相当精确的吻合！韦速率分布律相当精
10、确的吻合！（3 3）大量气体分子的速率大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈是按一定规律分布，呈“中中间多，两头少间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。有关，温度升高时，平均速率会增大。二、气体温度的微观意义二、气体温度的微观意义2.2.微观意义：微观意义：温度是分子平均动能的标志温度是分子平均动能的标志kEaT a a为比例常数为比例常数定量的分析可以得出：理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比第八章第八章第四节第四节成才之路成才之路 高中新课程高中新课程 学习指导学习指导 人教版人教版 物理物理 选修选修3-3
11、 某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中示，图中f(v)表示表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为应的温度分别为 T，T，T，则，则()A. TTTB. TTTCTT，TTDTTT答案：答案：B三、气体压强的微观意义三、气体压强的微观意义 密闭容器中的气体对器壁有压强，且对密闭容器中的气体对器壁有压强，且对各个器壁的压强相等。气体压强究竟是如何各个器壁的压强相等。气体压强究竟是如何产生的呢？产生的呢？二、气体压强的微观意义1产生原因单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子
12、频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力。气体的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。2决定气体压强大小的因素(1)微观因素气体分子的密集程度：气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，气体压强就越大；气体分子的平均动能：气体的温度高，气体分子的平均动能就大，每个气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，累计冲力就大，气体压强就越大。三、气体实验定律的微观解释1玻意耳定律(等温变化) p1V1=p2V2微观解释：温度不变，分子的平均动
13、能不变。体积减小，分子越密集，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。2查理定律(等容变化) 微观解释：体积不变，则分子密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。2211TpTp3盖吕萨克定律(等压变化)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素分子密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。2211TVTV例例1 1、在一定温度下，某种理想气体的分子速率分布应、在一定温度下，某种理想气体的分子速率分布应该是该是 （ ）A A、每个气体分子速率都相等、每个气
14、体分子速率都相等B B、每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率、每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很少很小的分子数目很少C C、每个气体分子速率一般都不相等，但在不同速率范、每个气体分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的围内，分子数的分布是均匀的D D、每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率、每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多很小的分子数目很多B课堂练习课堂练习例例2.2.下列关于气体的说法中，正确的是（下列关于气体的说法中，正确的是（ ）A A、由于气体分子运动的无规则性，所以密闭容器的、由于气体分子运动
15、的无规则性，所以密闭容器的器壁在各个方向上的压强可能会不相等器壁在各个方向上的压强可能会不相等B B、气体的温度升高时，所有的气体分子的速率都增、气体的温度升高时，所有的气体分子的速率都增大大C C、一定体积的气体，气体分子的平均动能越大，气、一定体积的气体，气体分子的平均动能越大，气体的压强就越大体的压强就越大D D、气体的分子数越多，气体的压强就越大、气体的分子数越多，气体的压强就越大C例例3.3.对于一定质量的气体，如果保持气体的体积不对于一定质量的气体，如果保持气体的体积不变，温度升高，那么下列说法中正确的是变，温度升高，那么下列说法中正确的是 A A气体的压强增大气体的压强增大B B
16、单位时间内气体分子对器壁碰撞的次数增多单位时间内气体分子对器壁碰撞的次数增多C C每个分子的速率都增大每个分子的速率都增大D D气体分子的密度增大气体分子的密度增大AB例例4.4.对于一定量的理想气体，下列四个论述中正确的是对于一定量的理想气体，下列四个论述中正确的是（ ）A A当分子热运动变剧烈时，压强必变大当分子热运动变剧烈时，压强必变大B B当分子热运动变剧烈时，压强可以不变当分子热运动变剧烈时，压强可以不变C C当分子间的平均距离变大时，压强必变小当分子间的平均距离变大时，压强必变小D D当分子间的平均距离变大时，压强必变大当分子间的平均距离变大时，压强必变大B1 1、下列说法正确的是
17、、下列说法正确的是 （ ）A A、气体体积就是每个气体分子体积之和、气体体积就是每个气体分子体积之和B B、气体压强的大小，只取决于分子平均速率、气体压强的大小，只取决于分子平均速率C C、温度升高，气体分子中速率小的分子数减少，速、温度升高，气体分子中速率小的分子数减少，速率大的分子数增多，分子平均速率增大率大的分子数增多，分子平均速率增大D D、一定量的气体，温度一定，体积减小，分子密度、一定量的气体，温度一定，体积减小，分子密度增大增大CD3.对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）A压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大压强增大，体积增大
18、，分子的平均动能一定增大B压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大C压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大D压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大A根据你的理解谈一谈气体压强与大气压强有哪些区别？答案：气体压强特指封闭气体的压强，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，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体的密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强都是大小相等的。探究探究应用应用大气压却是由于空气受到重
19、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，近似等于地球大气层所受的重力值。大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强，但最终压强中气体的重力占主要因素。 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对气体压强的理解对气体压强的理解C(甲甲)容器中容器中pApB，(乙乙)容器中容器中pCpDD当温度升高时，当温度
20、升高时，pA、pB变大，变大，pC、pD也要变大也要变大C小结：小结：一一. .气体分子运动的特点气体分子运动的特点1、气体分子可以在自由移动，从而可以充满任何容器、气体分子可以在自由移动，从而可以充满任何容器2 2、从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量、从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。3.3.氧气分子的速率分布图象特点：氧气分子的速率分布图象特点：“中间多、两头少中间多、两头少”二、气体温度的微观意义二、气体温度的微观意义-温度是分子平均动能的标志温度是分子平均动能的标志三、气体压强的微观意义三、气体压强的微观意义1.气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的2.影响气体压强的两个因素影响气体压强的两个因素: :四、对气体实验定律的微观解释四、对气体实验定律的微观解释气体分子的平均动能气体分子的平均动能气体分子的密集程度气体分子的密集程度-温度温度-体积体积河北正定中学物理教研组编辑，欢迎各位高中物理老师使用！
