解读中学物理气体分子运动特点

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1、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　　气体能够充满它所能达到的空间，既没有一定体积，也没有一定形状.为了了解气体分子热运动的基本特征，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102m/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42

2、5m/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非常小的，气体分子的有效直径的数量级为10-10m.如，氢分子的有效直径为2.7×10-10m，氮分子的有效直径为3.7×10-10m.　　（3）多：在气体中，分子间的平均距离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较稀疏的，但仍然是由大量的分子所组成的.例如，在标准状态下，1cm3中的气体分子数有2.69×1019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，相互碰撞是非常频繁的.在标准状态下，平均地讲，

3、一个分子在1s内与其它分子相互碰撞的次数6（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，分子的运动状态在不断地改变，可见，气体分子运动是杂乱无章的、无规则的，并且温度越高，无规则运动的剧烈程度越大.　　通过对气体分子热运动的分析，可以了解到气体分子热运动的基本特征.可以想象到，气体是彼此间距离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，分子与分子之间的相互作用力，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

4、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则的热运动，这就是气体分子热运动的基本特征.　　2分子间的碰撞　　分子间的碰撞是使气体内部能够达到热平衡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　　假设分子间的相互作用具有球对称性，分子力的半经验公式是f=c1/rs-c2/rt（s>t）.式中r为两分子中心间的距离，c1、c2、s、t都是正的常数，可由实验确定.式中第一项

5、是正的，表示排斥力，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随分子间距离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s>t，所以斥力比引力减小得快.可见，分子力是短程力，是具有一定有效距离（一般在10-96m）的力，超出了这个距离，分子力实际上可以完全忽略.　　当分子间的距离r=r0=（c2/c1）1/（t-s）时，斥力和引力相互平衡，分子力f=0，这个位置称为平衡位置，其数量级约为10-10m.在平衡位置以内，r0，并且分子越接近，斥力越大.

6、在平衡位置以外，r>r0，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，f<0，并随分子间距离的增大，引力很快趋于零.　　2.2分子间碰撞的实质　　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距离f变化的函数关系.图2给出了分子势能曲线.下面根据势能曲线来说明两个分子的相互“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r>r0的范围内，分子力是引力，

7、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r

8、根据具体问题列出物理量之间的关系式，进行推导和求解，并根据结果得出物理结论，必要时能运用几何图形、函数图象进行表达、分析.通过物理概念和规律的学习过程，了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发展过程中的作用，逐步养成发现问题、主动解决问题的习惯，提高他们应用物理、数