2018~2019学年高中物理第一章分子动理论第六节气体分子运动的统计规律讲义（含解析）粤教版

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1、气体分子运动的统计规律1．用抛掷硬币出现的现象可用来比拟分子的运动，一次抛掷的硬币正面向上还是反面向上可比拟某个分子运动的偶然性，多次抛掷的正面向上和反面向上的规律性可比拟大量分子的运动具有规律性，大量个别偶然事件整体表现出统计规律。2．大量分子的无规则运动使气体分子间频繁碰撞，造成气体分子不断地改变运动方向，整体上呈现为杂乱无章的运动，正是这个原因，使得分子在各个方向运动的机会相等。3．从气体分子的速率分布曲线可以看出，气体分子的速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律。当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均动能增大，

2、总体上仍然表现出“中间多，两头少”的分布规律。4．麦克斯韦最早从理论上导出了气体分子按速率分布的规律，以后又得到了高度精确的实验证明，玻尔兹曼在此基础上又得出了气体分子按能量的分布规律，这些研究成果为分子动理论奠定了基础。统计规律与气体分子的运动1.统计规律(1)掷硬币实验①实验过程：把一枚硬币多次抛出落到地面，要注意每次抛出的高度、方法要相同。②实验现象：硬币每次落地时出现正面或反面的机会具有偶然性，但多次抛币落地时正面向上和反面向上的次数总是分别接近抛币总次数的二分之一。(2)统计规律大量个别偶然事件整体表现出来的规律。2．气体分子及其运动

3、特点(1)分子很小，间距很大，通常认为除碰撞外不受力的作用，做匀速直线运动，因此气体能充满它能达到的整个空间。(2)分子密度大，碰撞频繁，分子的运动杂乱无章。(3)由于气体是由数量极多的分子组成，这些分子并没有统一的步调。单独看来，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性；但总体来看，大量分子的运动遵守统计规律。(4)分子沿各个方向运动的机会相等。单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”，具有规律性即遵守统计规律。1．[多选]近年来，雾霾天气在我国频繁出现，空气质量问题已引起全社会高度关注。其中主要污染物是大气

4、中直径小于或等于2.5μm的颗粒物即PM2.5(该颗粒肉眼不可见，仅能在显微镜下观察到)，也称为可入肺颗粒物，以下对该颗粒的说法中正确的是(　　)A．在无风的时候，颗粒悬浮在空中静止不动B．该颗粒的无规则运动是布朗运动C．布朗运动是由空气分子从各个方向对颗粒撞击作用的不平衡引起的D．该颗粒的无规则运动反映了颗粒分子的无规则运动解析：选BC　悬浮在空中的颗粒做无规则运动，是一种布朗运动，是由于颗粒受到周围空气分子的撞击不平衡引起的，空气分子永不停息地做无规则运动，所以在无风的时候，颗粒悬浮在空中仍在运动，选项A错误，B、C正确。颗粒是由大量分子组

5、成的，颗粒的无规则运动不能反映颗粒分子的无规则运动，选项D错误。大量分子的速率分布规律1.气体分子速率分布规律(1)规律内容：在一定状态下，气体的大多数分子的速率都在某个数值附近，速率离这个数值越远，具有这种速率的分子就越少，即气体分子速率总体上呈现出“中间多，两头少”的分布特征，很像伽耳顿板实验中狭槽中落入小球数目的分布。(2)气体分子速率分布曲线(以氧分子的速率分布为例)若用ΔN表示Δv速率区间的分子数，N表示总分子数，则ΔN/(NΔv)表示某一速率区间Δv内单位速率间隔内的分子数占总分子数的比率，其分布曲线如图所示。①图中所取的Δv＝10

6、0m·s－1。图中每一窄条的面积Δv×ΔN/(NΔv)＝ΔN/N表示这一速率区间内的分子数占总分子数的比率，图中阴影窄条的面积表示速率在500～600m/s的分子数占总分子数的比率100×0.151%＝15.1%。②如果把速率区间取得足够小，直方图边界就变成一条平滑的曲线，即气体分子速率分布曲线，它能精确反映分子的速率分布情况。③氧气分子在0℃和100℃不同温度下的速率分布曲线如图所示。a．从以上的图线可以看出，在一定的温度下，速率在中间的比率最大，分子数最多，速率很大和速率很小的占的比率较小，分子数较少。b．比较两温度下的图线可知，温度升高时

7、，氧分子速率大的占的比例增多，分子的平均动能会随温度的升高而增大。2．麦克斯韦速率分布规律的意义麦克斯韦最早从理论上导出了气体分子按速率分布的规律，他的方法在物理学思想史上具有重大意义。他向人们指出，对于一个由大量微观粒子组成的系统，利用统计方法，一旦找出了其某个微观量的分布函数，便可求出这个微观量的统计平均值，而这个统计平均值正好等于该系统的相应宏观量。这样，就把分子的微观运动跟物体的宏观表现紧密地联系起来了，因此，人们称颂麦克斯韦的方法“标志着物理学新纪元的开始”。(1)以上是以氧分子的速率分布为例得到的规律，不要认为只有氧分子的速率分布规

8、律如此，其他种类的气体分子都满足相同的规律。(2)分子速率分布取决于两个因素——温度与分子质量：①当温度升高时，分子速率增大的概率增大，分子平均速率增