普通高中物理选择性必修三 第一章第3节 分子运动速率分布规律

这是一篇关于 分子运动速率分布规律的思维导图，主要内容包括气体分子运动的特点、分子运动速率分布图像、气体压强的微观解释，作为备课参考。

• 普通高中物理选择性必修三 第一章第3节 分子运动速率分布规律
• 内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第三册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
• 伽尔顿板实验
  • 伽尔顿板的上部规则地钉有铁钉，下部用竖直隔板隔成等宽的狭槽，从顶部入口投入一个小球时，小球落入某个狭槽是偶然的。如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。靠近入口的狭槽内的小球数目多，远离入口的狭槽内小球的数目少。重复几次实验会发现，其分布情况遵从一定的规律。
• 在一定条件下
  • 若某事件必然出现
    • 这个事件叫作必然事件
  • 若某事件不可能出现
    • 这个事件叫作不可能事件
  • 若某事件可能出现，也可能不出现
    • 这个事件叫作随机事件
    • 大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律就叫作统计规律。
• 气体分子运动的特点
  • 可以把气体分子视为质点
    • 气体分子间距离大约是分子直径的10倍左右，分子的大小相对分子间的空隙来说很小。
  • 气体充满能达到整个空间
    • 气体分子间距离比较大，分子间的作用力很弱。
    • 气体分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动
  • 每个气体分子的速度大小和方向频繁地改变
    • 虽然气体分子的分布比液体稀疏，但分子的数密度仍然十分巨大，气体分子之间频繁地碰撞。
      • 分子的个数与它们所占空间体积之比叫作分子的数密度，通常用n表示。
  • 分子运动杂乱无章
    • 在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。
      • 这里说的数目相等，是针对大量分子而言的，实际数目会有微小的差别，由于分子数极多，其差别完全可以忽略。
• 分子运动速率分布图像
• 尽管分子做无规则运动，速率有大有小，但大量分子的速率却按一定的规律分布。
• 氧气分子的速率分布
  • 氧气分子在0°C和100°C两种情况下的速率分布情况
  • 氧气分子的速率分布图像
    • 0°C和100°C氧气分子速率分布都呈“中间多、两头少”。
    • 两个温度下具有最大比例的速率区间是不同的。
      • 0°C时是，速度在300~400m/s的分子最多
      • 100°C时是，速度在400~500m/s的分子最多
    • 100°C的氧气，速率大的分子比较多，其分子的平均速率比0°C的大。
    • 温度越高，分子的热运动越剧烈。
• 气体压强的微观解释
• 气体压强
  • 分子动理论的观点
    • 气体对容器的压强源于气体分子的热运动，当它们飞到器壁时，就会跟器壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），就是这个撞击对器壁产生了作用力，从而产生了压强。
      • 分子动理论将气体系统的宏观性质归结为分子的热运动及其相互作用，揭示了宏观现象的微观本质。
  • 微观解释
    • 正碰
      • • 研究对象
          • 一个与器壁发生正碰的气体分子，由于弹性碰撞，所以气体分子与器壁碰撞前后的动量大小为mv，方向相反。
        • 动量定理
          • 气体分子受到的冲量
            • 气体分子受到的作用力
      • • 器壁受到的作用力
    • 斜碰
      • 气体分子与器壁发生斜碰时，分子给器壁的作用力也同样可以求出。
• 气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果，这种撞击是不连续的，为什么器壁受到的作用力却是均匀不变的呢？
• 演示 摸拟气体压强产生的机理
  • 过程1
    • 把一颗豆粒拿到台秤上方约20cm的位置，放手后使它落在秤盘上。观察秤的指针的摆动情况。
  • 过程2
    • 从相同高度把100颗或者更多的豆粒均匀连续地倒在秤盘上。观察指针的摆动情况。
  • 过程3
    • 使豆粒从更高的位置落在秤盘上。观察指针的摆动情况。
  • 实验结论
    • 实验表明，单颗豆粒给秤盘的压力很小，作用时间也很短，但是大量的豆粒对秤盘的频繁碰撞，对秤盘产生了一个持续的均匀的压力。
• 器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。
• 气体压强
  • 若某容器中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越大。
  • 若容器中气体分子的数密度大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，平均作用力也会较大。
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