高中物理选修3---3第八章第四节《气体热现象的微观意义》新课教学ppt课件.ppt
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1、选修选修3333第八章第八章气体气体8.4气体热现象的微观意义气体热现象的微观意义事件2:没有水分,种子发芽 事件1:纸放在火上,纸被点燃 问问题题:仔仔细细观观察察三三幅幅动动态态图图,你你能能不不能能够够分析图中所描述的三种事件发生的可能性?分析图中所描述的三种事件发生的可能性?事件事件1 1必然出现事件事件2 2不可能出现事件事件3 3可能出现事件3:从一副扑克牌中任抽一张是红桃;概率理论中的三个概念:概率理论中的三个概念:1.1.必然事件:必然事件:指在一定条件下,必然会出现的事件。指在一定条件下,必然会出现的事件。2.2.不可能事件:不可能事件:指在一定条件下,不可能出现的事件。指在
2、一定条件下,不可能出现的事件。3.3.随机事件:随机事件:指在一定条件下,可能出现,也可能不指在一定条件下,可能出现,也可能不出现的事件。出现的事件。事件:投掷硬币正面朝上 问问题题:观观察察动动态态图图,图图中中描描述述的的是是一一种种什什么事件?这种事件的出现有没有什么规律?么事件?这种事件的出现有没有什么规律?图中描述的是图中描述的是随机事件随机事件,每一次事件的发生过程中,每一次事件的发生过程中,是否出现正面朝上具有偶然性,但出现的可能性是确定的。是否出现正面朝上具有偶然性,但出现的可能性是确定的。也就是说,个别随机事件的出现具有偶然性,但是,也就是说,个别随机事件的出现具有偶然性,但
3、是,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。问题:问题:怎样理解物质分子运动的无规则呢?怎样理解物质分子运动的无规则呢?1.1.单个分子的运动无规则,在某一时刻分子单个分子的运动无规则,在某一时刻分子的速度具有偶然性,速度的大小具有不确定性,是的速度具有偶然性,速度的大小具有不确定性,是0-V0-Vmaxmax间的某一个值。并且时间变化,速度大小间的某一个值。并且时间变化,速度大小也发生变化。也发生变化。2.2.大量分子的运动也无规则,在某一时刻,各大量分子的运动也无规则,在某一时刻,各个分子的速度大小亦不确定,但是大量分子通过统个分子的速度
4、大小亦不确定,但是大量分子通过统计规律求出的速率的平均值为一个不为计规律求出的速率的平均值为一个不为0 0的确定值,的确定值,该平均值能够反映反应分子运动的剧烈程度。该平均值能够反映反应分子运动的剧烈程度。问问题题:热热力力学学系系统统的的热热现现象象与与分分子子的热运动有什么关系?的热运动有什么关系?个别分子的运动具有随机性,偶然性,个别分子的运动具有随机性,偶然性,不确定性。大量分子的热运动具有统计规不确定性。大量分子的热运动具有统计规律。热力学系统的热现象(温度、体积、律。热力学系统的热现象(温度、体积、压强)是大量分子热运动的统计规律在宏压强)是大量分子热运动的统计规律在宏观上的表现。
5、观上的表现。问问题题:仔仔细细观观察察动动态态图图,气气体体容容易易被被压压缩缩,说明了什么?说明了什么?说明气体分子间的距离比较大,说明气体分子间的距离比较大,一般是一般是1010-9-9m m左右。左右。问问题题:仔仔细细观观察察气气体体分分子子运运动动的的动动态态图图,从力的角度看,分子做什么运动?从力的角度看,分子做什么运动?分子间距比较大,分子力很弱,分子间距比较大,分子力很弱,可以忽略不计,除了相互碰撞或者与器可以忽略不计,除了相互碰撞或者与器壁碰撞外,不受力,做匀速直线运动。壁碰撞外,不受力,做匀速直线运动。结论结论1 1:气体分子间的距离较大,气体分子间的距离较大,分子间的相互
6、作用力十分微弱,分子间的相互作用力十分微弱,可以认为气体分子除相互碰撞或可以认为气体分子除相互碰撞或者与器壁碰撞外,不受力作用而者与器壁碰撞外,不受力作用而做匀速直线运动,气体分子可以做匀速直线运动,气体分子可以在空间自由移动,因此气体的分在空间自由移动,因此气体的分子可以充满整个容器空间。子可以充满整个容器空间。问问题题:仔仔细细观观察察动动态态图图,既既然然气气体体分分子子做做匀匀速速直直线线运运动动,分分子子的的速速度度为为什什么么又又会会具具有有随随机机性性、偶偶然然性性、不确定性呢?不确定性呢?因为气体分子间或分子与因为气体分子间或分子与器壁之间存在频繁的碰撞,使得器壁之间存在频繁的
7、碰撞,使得分子的速度大小和方向都发生频分子的速度大小和方向都发生频繁的变化。繁的变化。结论结论2 2:气体分子之间或者分子与器壁之间存在频气体分子之间或者分子与器壁之间存在频繁的碰撞,这些碰撞都可看成是弹性碰撞。通过碰繁的碰撞,这些碰撞都可看成是弹性碰撞。通过碰撞,气体分子的速度大小和方向频繁地改变。造成撞,气体分子的速度大小和方向频繁地改变。造成气体分子做永不停息的无规则的热运动。气体分子做永不停息的无规则的热运动。问问题题:仔仔细细观观察察动动态态图图,单单个个分分子子的的速速度度具具有有随随机机性性、偶偶然然性性、不不确确定定性性,对对于于大大量量气气体体分分子子而而言言,向向各各个个方
8、方向向运运动动的的分分子子数数目目有有什什么么统统计规律?计规律?由于单个气体分子速度方由于单个气体分子速度方向的随机性,使得分子向各个方向的随机性,使得分子向各个方向运动的机会相同,所以,对于向运动的机会相同,所以,对于大量气体分子而言,向各个方向大量气体分子而言,向各个方向运动的分子数目应该相等。运动的分子数目应该相等。结论结论3 3:气体分子的运动虽然无规则,杂乱无章,分气体分子的运动虽然无规则,杂乱无章,分子运动的方向具有随机性,偶然性、不确定性,但是子运动的方向具有随机性,偶然性、不确定性,但是从整体上看气体分子沿各个方向运动的机会(可能性)从整体上看气体分子沿各个方向运动的机会(可
9、能性)相同(统计规律),因此对大量分子而言,在任一时相同(统计规律),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目都相等。刻向容器各个方向运动的分子数目都相等。英国麦克斯韦问问题题:分分子子热热运运动动的的速速度度大大小小,即即速速率率有有没没有有一一定定的的统统计计规规律律呢呢?对于一定状态下的气体,单个气体对于一定状态下的气体,单个气体分子的速率具有随机性,偶然性、不确定分子的速率具有随机性,偶然性、不确定性。从整体上看,气体分子热运动的平均性。从整体上看,气体分子热运动的平均速率为一个定值。说明气体分子的速率分速率为一个定值。说明气体分子的速率分布存在一定的统计规律。布存在
10、一定的统计规律。气体分子速率分布的统计规律。气体分子速率分布的统计规律。18591859年年首次由英国物理学家麦克斯韦运用概率论推导首次由英国物理学家麦克斯韦运用概率论推导出来的。因此我们称为麦克斯韦气体分子速率出来的。因此我们称为麦克斯韦气体分子速率分布律。分布律。v/(m/(m s s-1-1)/(s/(s m m-1-1)0 02002004004006006008008005 5%1010%1515%2020%气体分子的速率分布规律:气体分子的速率分布规律:1.1.速率分布速率分布图:图:横坐标表示速率横坐标表示速率v,纵坐标表示单位速,纵坐标表示单位速率区间内的分子数目占气体总分子数
11、目的百分比率区间内的分子数目占气体总分子数目的百分比温度为温度为0 0 0C C温度为温度为100 0 0C C气体分子的速率分布规律:气体分子的速率分布规律:2.2.在任意温度下,气体分子速率都呈现在任意温度下,气体分子速率都呈现“中间多,两中间多,两头少头少”分布。分布。3.3.对同种气体,温度升高时,速率大的分子数目增多,对同种气体,温度升高时,速率大的分子数目增多,速率分布曲线的峰值右移。对某一个分子而言,该分速率分布曲线的峰值右移。对某一个分子而言,该分子在某一时刻的速率不一定增大,但大量分子的平均子在某一时刻的速率不一定增大,但大量分子的平均速率一定增大,分子热运动变剧烈,分子的平
12、均动能速率一定增大,分子热运动变剧烈,分子的平均动能增大,宏观上气体的温度升高。增大,宏观上气体的温度升高。4.4.图象与横坐标所围几何图形的面积表示对应速率区图象与横坐标所围几何图形的面积表示对应速率区间内的分子数与总分子数的比值。因此,速率分布曲间内的分子数与总分子数的比值。因此,速率分布曲线下方的总面积必定等于线下方的总面积必定等于1.1.问问题题:气气体体的的体体积积与与微微观观上上分分子子之之间的平均距离有什么关系?间的平均距离有什么关系?体体积积是是分分子子间间平平均均距距离离的的宏宏观观表表现现,分子间平均距离是体积的微观反映。分子间平均距离是体积的微观反映。思思考考:请请利利用
13、用统统计计规规律律分分析析分分子子总总数数目目一一定定的的气气体体的的体体积积所具有的微观意义?所具有的微观意义?体体积积是是用用来来描描述述气气体体分分子子分分布布的的密密集集程程度度(数数密密度度)的的宏宏观观物物理理量量。体体积积越越大大,分分子子的的数数密密度度越越小小,体体积积越越小小,分子的数密度越大。分子的数密度越大。思考:思考:请利用统计规律分析气体温度所具有的微观意义?请利用统计规律分析气体温度所具有的微观意义?气气体体温温度度是是分分子子平平均均动动能能的的标标志志。温温度度升升高高,分分子子平平均均动动能能增增大大,分分子子热热运运动动变变剧剧烈烈,对对同同种种气气体体,
14、分分子子的的平平均速率增大。均速率增大。问问题题:大大量量雨雨滴滴撞撞击击雨雨伞伞时时,人人会会有有什什么么感感觉觉?说说明明了了什什么?么?手手拿拿雨雨伞伞比比没没有有下下雨雨时时要要困困难难。说说明明大大量量雨雨滴滴对对雨雨伞伞的的撞撞击击,使使雨雨伞伞受受到到了了一一个个持持续续的的作作用用力力。雨雨滴滴在在伞伞面面上上产产生生了一个压强。了一个压强。问题:问题:想一下,这个压强的大小与那些因素有关?想一下,这个压强的大小与那些因素有关?与与雨雨滴滴分分布布的的密密集集程程度度和和速速度度有有关关。雨雨滴滴分分别别越越密密集集,速度越大,压强越大。速度越大,压强越大。问问题题:先先把把一
15、一颗颗豆豆粒粒拿拿到到台台秤秤上上方方约约10cm10cm位位置置释释放放,再再把把100100颗颗或或更更多多的的豆豆粒粒在在相相同同高高度度释释放放,观观察察台台秤秤指指针针的的摆摆动动情情况况,你你看看到到了了什什么么现现象象?说说明了什么?明了什么?当当仅仅仅仅释释放放一一颗颗豆豆粒粒时时,指指针针几几乎乎不不动动,当当释释放放100100颗颗豆豆粒粒时时,指指针针在在右侧的一个示数附近摆动。右侧的一个示数附近摆动。说说明明在在大大量量粒粒子子的的连连续续撞撞击击之之下下,秤秤盘盘受受到到了了一一个个持持续续稳稳定定的的作作用用力力。该该作作用用力力的的大大小小与与粒粒子子分分布的密集
16、程度有关。布的密集程度有关。问问题题:先先把把100100颗颗或或更更多多的的豆豆粒粒拿拿到到台台秤秤上上方方约约10cm10cm位位置置释释放放,再再把把相相同同数数量量的的豆豆粒粒在在20cm20cm高高度度释释放放,观观察察台台秤秤指指针针的的摆摆动动情情况况,你你看看到到了了什什么么现现象?说明了什么?象?说明了什么?当当高高度度为为10cm10cm时时,指指针针在在一一个个示示数数附附近近摆摆动动。当当高高度度为为20cm20cm时时,指指针针在在一个更大的数值附近摆动。一个更大的数值附近摆动。说说明明在在大大量量粒粒子子的的连连续续撞撞击击之之下下,秤秤盘盘受受到到一一个个持持续续
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