高中物理 第1章 用統(tǒng)計(jì)思想研究分子運(yùn)動(dòng) 1_4 無序中的有序 1_5 用統(tǒng)計(jì)思想解釋分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)教師用書 滬科版選修3-3

《高中物理 第1章 用統(tǒng)計(jì)思想研究分子運(yùn)動(dòng) 1_4 無序中的有序 1_5 用統(tǒng)計(jì)思想解釋分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)教師用書 滬科版選修3-3》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《高中物理 第1章 用統(tǒng)計(jì)思想研究分子運(yùn)動(dòng) 1_4 無序中的有序 1_5 用統(tǒng)計(jì)思想解釋分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn)教師用書 滬科版選修3-3（9頁珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1．4　無序中的有序 1．5　用統(tǒng)計(jì)思想解釋分子運(yùn)動(dòng)的宏觀表現(xiàn) 學(xué) 習(xí) 目 標(biāo) 知 識(shí) 脈 絡(luò) 1.了解氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，以及分子運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律．(難點(diǎn)) 2．知道溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志．(重點(diǎn)) 3．理解氣體壓強(qiáng)形成的原因和影響氣體壓強(qiáng)大小的因素．(難點(diǎn)) 無序中的有序 1．氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) (1)大量分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，使氣體分子間頻繁碰撞． (2)分子運(yùn)動(dòng)的雜亂無章，使得分子在各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等． (3)通常狀況下忽略氣體分子之間的相互作用，認(rèn)為氣體分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外，不受力的作用，在空間自由運(yùn)動(dòng)． 2．氣體分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律 在一定狀態(tài)下，氣體的大多數(shù)分子的速率都在某個(gè)數(shù)值附近，速率離開這個(gè)數(shù)值越遠(yuǎn)，具有這種速率的分子就越少，即氣體分子速率總體上呈現(xiàn)“中間多，兩頭少”的分布特征． 1．氣體的溫度升高時(shí)，所有氣體分子的速率都增大．() 2．某一時(shí)刻氣體分子向任意一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目近似相等．(√) 3．某一溫度下大多數(shù)氣體分子的速率不會(huì)發(fā)生變化．() 為什么氣體會(huì)充滿它能到達(dá)的整個(gè)空間？ 【提示】　由于氣體分子間的距離比較大，分子間作用力很弱．通常認(rèn)為，氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因而氣體會(huì)充滿它能達(dá)到的整個(gè)空間． 1．氣體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 氣體分子間的距離很大，大于10r0，所以，氣體分子間的分子力很微弱，通常認(rèn)為氣體分子除相互碰撞或與器壁碰撞外，不受其他力的作用． 2．氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn) (1)氣體分子可以在空間自由移動(dòng)而充滿它所能到達(dá)的任何空間． (2)氣體分子間頻繁發(fā)生碰撞 一個(gè)空氣分子在1 s內(nèi)與其他分子的碰撞達(dá)65億次之多，分子的頻繁碰撞使每個(gè)分子速度的大小和方向頻繁地發(fā)生改變，造成氣體分子雜亂無章地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)． (3)某時(shí)刻，氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的概率相同．某時(shí)刻，沿任何方向運(yùn)動(dòng)的分子都有，且沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目是相等的． 3．分子速率按統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布 (1)麥克斯韋氣體分子速率分布規(guī)律 正態(tài)分布曲線如圖所示． 圖141 如果以橫坐標(biāo)上的各等長區(qū)間表示相應(yīng)的速率范圍，以縱坐標(biāo)表示所占的百分比，那么可以用直方圖表示出一定溫度下分子速率的分布，如圖所示． 圖142 從圖中能看出分子在一定溫度(0 ℃)下，速率在中間(300 m/s～400 m/s)最多，速率大于400 m/s和小于300 m/s的分子較少．溫度升高，分子速率大的占的比例增多． (2)麥克斯韋速率分布規(guī)律的重大意義 麥克斯韋的方法在物理學(xué)思想史上具有重大意義．它向人們指出，對(duì)于一個(gè)由大量微觀粒子組成的系統(tǒng)，利用統(tǒng)計(jì)方法，一旦找出了其某個(gè)微觀量的分布函數(shù)，便可求出這個(gè)微觀量的統(tǒng)計(jì)平均值，而這個(gè)統(tǒng)計(jì)平均值正好等于該系統(tǒng)的相應(yīng)宏觀量．這樣，就把分子的微觀運(yùn)動(dòng)跟物體的宏觀表現(xiàn)緊密地聯(lián)系起來了． 因此，人們稱頌麥克斯韋的統(tǒng)計(jì)方法“標(biāo)志著物理學(xué)新紀(jì)元的開始”． 1．氣體分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，同一時(shí)刻都有向不同方向運(yùn)動(dòng)的分子，速率也有大有小．下表是氧氣分別在0 ℃和100 ℃時(shí)，同一時(shí)刻在不同速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，由表能得出結(jié)論(　　) 按速率大小劃分 的區(qū)間(m/s) 各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比(%) 0 ℃ 100 ℃ 100以下 100～200 200～300 300～400 400～500 500～600 600～700 700～800 800～900 900以上 1.4 8．1 17．0 21．4 20．4 15．1 9．2 4．5 2．0 0．9 0.7 5．4 11．9 17．4 18．6 16．7 12．9 7．9 4．6 3．9 A.氣體分子的速率大小基本上是均勻分布的，每個(gè)速率區(qū)間的分子數(shù)大致相同 B．大多數(shù)氣體分子的速率處于中間值，少數(shù)分子的速率較大或較小 C．隨著溫度升高，氣體分子的平均速率增大 D．氣體分子的平均速率基本上不隨溫度的變化而變化 E．隨著溫度的升高，速率大的分子數(shù)變多 【解析】　根據(jù)表格數(shù)據(jù)，逐項(xiàng)分析如下： 選項(xiàng) 分析 結(jié)論 A 兩種溫度下，速率低于200 m/s和高于700 m/s的分子數(shù)比例明顯較小 B 分子速率在200 m/s～700 m/s之間的分子數(shù)比例較大 √ C 比較0 ℃和100 ℃兩種溫度下，分子速率較大的區(qū)間，100 ℃的分子數(shù)所占比例較大，而分子速率較小的區(qū)間，0 ℃的分子數(shù)所占比例較大．氣體分子的平均速率隨溫度升高而增大 √ D 比較0 ℃和100 ℃兩種溫度下，可看到氣體分子的平均速率隨溫度的變化而變化 E 比較0 ℃和100 ℃兩種溫度下，100 ℃時(shí)速率大的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比變大 √ 【答案】　BCE 2．某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖143所示，圖中f(v)表示v處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率，所對(duì)應(yīng)的溫度分別為TⅠ、TⅡ、TⅢ，則TⅠ、TⅡ、TⅢ的高低關(guān)系為 ． 圖143 【解析】　一定質(zhì)量的氣體，溫度升高時(shí)，速率較大的分子數(shù)目增加，曲線的峰值向速率增大的方向移動(dòng)，且峰值變小，由此可知TⅢ>TⅡ>TⅠ. 【答案】　TⅢ>TⅡ>TⅠ 氣體分子速率分布規(guī)律 表中只是給出了氧氣在0 ℃和100 ℃兩個(gè)溫度下的速率分布情況，通過分析比較可得出： 1．在一定溫度下，氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布． 2．溫度越高，速率大的分子比例較大．這個(gè)規(guī)律對(duì)任何氣體都是適用的． 　溫度的微觀解釋 1．平均動(dòng)能 所有分子動(dòng)能的平均值．Ek＝(Ek1＋Ek2＋……＋Ekn) 2．溫度與平均動(dòng)能的關(guān)系 溫度升高，系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能增加；溫度降低，系統(tǒng)內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減少． 3．溫度的微觀本質(zhì) 溫度是系統(tǒng)內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志． 1．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志．(√) 2．溫度升高時(shí)，物體的每個(gè)分子的動(dòng)能都將增大．() 3．分子的平均動(dòng)能的大小與物質(zhì)的種類有關(guān)．() 為什么研究分子動(dòng)能時(shí)主要關(guān)心平均動(dòng)能？ 【提示】　分子動(dòng)能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能，但分子是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的，因此各個(gè)分子的動(dòng)能以及一個(gè)分子在不同時(shí)刻的動(dòng)能也不盡相同，所以研究單個(gè)分子的動(dòng)能沒有意義，我們主要關(guān)心的是大量分子的平均動(dòng)能． 1．分子動(dòng)能可以類比宏觀物體的動(dòng)能Ek＝mv2.分子的動(dòng)能是指單個(gè)分子熱運(yùn)動(dòng)時(shí)的動(dòng)能，物體內(nèi)每個(gè)分子的動(dòng)能在同一時(shí)刻是不相同的，一個(gè)分子在不同時(shí)刻其動(dòng)能也不相同，所以研究單個(gè)分子的動(dòng)能是沒有意義的． 2．分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能 (1)分子的平均動(dòng)能永遠(yuǎn)不可能為零，因?yàn)榉肿訜o規(guī)則運(yùn)動(dòng)是永不停息的． (2)平均動(dòng)能與平均速率的關(guān)系可簡單地理解為：Ek＝m2，m為該物質(zhì)分子的質(zhì)量．(通常提到的分子速率一般是指分子的平均速率，單個(gè)分子的速率無意義) (3)因速度是矢量，大量分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)相同，因此所有分子的速度的矢量和為零，平均速度為零． (4)分子的動(dòng)能與宏觀物體的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，也就是分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能與宏觀物體運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能無關(guān)． 3．溫度與分子動(dòng)能、分子平均動(dòng)能的關(guān)系． 在宏觀上溫度是表示物體冷熱程度的物理量．在微觀上溫度是系統(tǒng)內(nèi)所有分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能的標(biāo)志． 在相同溫度下，各種物質(zhì)分子的平均動(dòng)能都相同，溫度升高，分子平均動(dòng)能增加，溫度降低，分子平均動(dòng)能減少． 在同一溫度下，雖然不同物質(zhì)分子的平均動(dòng)能都相同，但由于不同物質(zhì)的分子質(zhì)量不一定相同，所以分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率也不一定相同． 3．當(dāng)氫氣和氧氣的質(zhì)量和溫度都相同時(shí)，下列說法中正確的是(　　) A．兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等 B．氫氣分子的平均速率大于氧氣分子的平均速率 C．氫氣分子的平均動(dòng)能大于氧氣分子的平均動(dòng)能 D．兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的總動(dòng)能不相等 E．兩種氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率相等 【解析】　溫度相同，兩種氣體分子的平均動(dòng)能相等，A對(duì)，C錯(cuò)；因兩種氣體分子的質(zhì)量不同，平均動(dòng)能又相等，所以分子質(zhì)量大的(氧氣)分子平均速率小，故B對(duì)，E錯(cuò)；由于兩種氣體的摩爾質(zhì)量不同，物質(zhì)的量不同(質(zhì)量相同)，分子數(shù)目就不等，故總動(dòng)能不相等，選項(xiàng)D對(duì)． 【答案】　ABD 4．關(guān)于物體的溫度與分子動(dòng)能的關(guān)系，正確的說法是(　　) 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：35500007】 A．某種物體的溫度是0 ℃，說明物體中分子的平均動(dòng)能為零 B．物體溫度升高時(shí)，某個(gè)分子的動(dòng)能可能減小 C．物體溫度升高時(shí)，速率小的分子數(shù)目減少，速率大的分子數(shù)目增多 D．物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，則物體的溫度越高 E．物體的溫度與物體的速度無關(guān) 【解析】　某種物體溫度是0 ℃，物體中分子的平均動(dòng)能并不為零，因?yàn)榉肿釉谟啦煌Ｏ⒌剡\(yùn)動(dòng)，從微觀上講，分子運(yùn)動(dòng)快慢是有差別的，各個(gè)分子運(yùn)動(dòng)的快慢無法跟蹤測量，而溫度的概念是建立在統(tǒng)計(jì)規(guī)律的基礎(chǔ)上的，在一定溫度下，分子速率大小按一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布，當(dāng)溫度升高時(shí)，說明分子運(yùn)動(dòng)劇烈，平均動(dòng)能增大，但并不是所有分子的動(dòng)能都增大；物體的運(yùn)動(dòng)速度越大，說明物體的動(dòng)能越大，這并不表示物體內(nèi)部分子的熱運(yùn)動(dòng)加劇，則物體的溫度不一定高，所以BCE正確． 【答案】　BCE 關(guān)于溫度的四個(gè)注意事項(xiàng) 1．因?yàn)闇囟仁欠肿悠骄鶆?dòng)能的唯一標(biāo)志，所以會(huì)誤認(rèn)為0 ℃的物體中分子的平均動(dòng)能也為零，要正確理解0 ℃的意義． 2．溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，而不是物體分子動(dòng)能的標(biāo)志． 3．溫度反映的是大量分子平均動(dòng)能的大小，不能反映個(gè)別分子的動(dòng)能大小，同一溫度下，各個(gè)分子的動(dòng)能不盡相同． 4．溫度高的物體，分子的平均速率不一定大． 氣體壓強(qiáng)的微觀解釋 1．氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生 (1)容器中的氣體分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)，每個(gè)分子撞擊器壁產(chǎn)生的力是短暫的、不連續(xù)的，但大量分子頻繁撞擊，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)持續(xù)穩(wěn)定的壓力，從而產(chǎn)生壓強(qiáng)．氣體的壓強(qiáng)反映著器壁單位面積上所受平均壓力的大?。? (2)氣體分子的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的，因此在任何時(shí)刻分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的概率都相等，反映在宏觀上，就是容器中各處壓強(qiáng)的大小都相等． 2．影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)因素 (1)氣體分子的平均動(dòng)能． (2)單位體積內(nèi)的分子數(shù)(分子密度)． 1．氣球內(nèi)氣體壓強(qiáng)是由于氣體重力作用產(chǎn)生的．() 2．影響氣體壓強(qiáng)的因素有溫度、體積．(√) 3．當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體壓強(qiáng)一定變大．() 氣體壓強(qiáng)和大氣壓是一回事嗎？ 【提示】　不是．氣體壓強(qiáng)由氣體分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生，大小由氣體的體積和溫度決定，與地球引力無關(guān)；大氣壓強(qiáng)是由于空氣受到重力作用而對(duì)浸在其中的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)，隨高度的升高而減小，如果沒有地球引力作用，地球表面就沒有大氣，也就沒有大氣壓強(qiáng)． 1．產(chǎn)生原因 大量做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的分子對(duì)器壁頻繁、持續(xù)地碰撞產(chǎn)生了氣體的壓強(qiáng)．單個(gè)分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(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力．所以從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來看，氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力． 2．氣體壓強(qiáng)的決定因素 宏觀因素 微觀因素 溫度 體積 氣體分 子密度 氣體分子 平均速率 在體積不變的情況下，溫度越高，氣體分子的平均速率越大，氣體的壓強(qiáng)越大 在溫度不變的情況下，體積越小，氣體分子的密度越大，氣體的壓強(qiáng)越大 氣體分子密度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)大，在單位時(shí)間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多 氣體的溫度高，氣體分子的平均速率就大，單個(gè)氣體分子與器壁的碰撞(可視作彈性碰撞)給器壁的撞擊力就大；從另一方面講，分子的平均速率大，在單位時(shí)間里器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就多，累計(jì)撞擊力就大 5．封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的氣體，如果保持氣體體積不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，以下說法正確的是(　　) A．氣體的密度增大 B．氣體的壓強(qiáng)增大 C．氣體分子的平均速率減小 D．每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增加 E．氣體分子的疏密程度不變 【解析】　氣體的體積不變，對(duì)一定質(zhì)量的氣體，單位體積內(nèi)的分子數(shù)不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子的平均速率增大，每秒內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增加，撞擊力增大，壓強(qiáng)必增大．所以B、D、E項(xiàng)正確，A、C均不正確． 【答案】　BDE 6．在某一容積不變的容器中封閉著一定質(zhì)量的氣體，對(duì)此氣體的壓強(qiáng)，下列說法中正確的是(　　) A．氣體壓強(qiáng)是由重力引起的，容器底部所受的壓力等于容器內(nèi)氣體所受的重力 B．氣體壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁的頻繁碰撞引起的 C．容器以9.8 m/s2的加速度向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變 D．由于分子運(yùn)動(dòng)無規(guī)則，所以容器內(nèi)壁各處所受的氣體壓強(qiáng)相等 E．容器以9.8 m/s2的加速度向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大 【解析】　氣體壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁的頻繁碰撞引起的，它由氣體的溫度和單位體積內(nèi)的分子數(shù)決定，與容器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)．故A、E錯(cuò)誤，B、C、D正確． 【答案】　BCD 氣體壓強(qiáng)的分析技巧 (1)明確氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因——大量做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子對(duì)器壁頻繁、持續(xù)地碰撞．壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力. (2)明確氣體壓強(qiáng)的決定因素——?dú)怏w分子的密集程度與溫度． (3)只有知道了兩個(gè)因素的變化，才能確定壓強(qiáng)的變化，不能根據(jù)任何單個(gè)因素的變化確定壓強(qiáng)是否變化．