热力学
分子运动论沙盒
加热气体，观察分子如何加速（v_rms）。
分子运动论沙盒——交互式热力学模拟。加热气体，观察分子如何加速（v_rms）。 免费的基于浏览器的虚拟物理实验室，提供实时 SI 测量和分步引导教程。
分子运动论
加热气体，观察分子如何加速（v_rms）。
分子运动论将温度与分子平均动能联系起来：½m⟨v²⟩ = (3/2)kT。加热使能量以更快的无规则运动形式出现。均方根速率 v_rms 出现在理想气体压强关系中，解释了为何体积不变时温度越高压强越大。
- 平均动能 KE_avg = (3/2)kT
- 均方根速度 v_rms ∝ √T
调查简介
在打开实验室之前计划好问题
这份简介反映预渲染页面：探究问题、相互竞争的预测、变量角色、支配定律、设置以及分析和拓展提示都会按此顺序保持可见。
驾驶问题
温度实际上是平均分子运动的量度。如果将气体的绝对温度加倍，典型的分子速度也会加倍吗？
预测权重
- 分子速度也会加倍，因为温度和速度成正比。
- 分子速度增加了 √2 倍，而不是 2，因为速度取决于温度的平方根。
- 分子速度与温度无关。
可变角色
您设置的内容：
- 温度T (K)
您测量的内容：
- 分子平均动能 (zJ)
- 均方根速度 v_rms (m/s)
调查如何进行
- 打开「动力学理论：温度和分子速度（kinetic-sandbox）」预设并按重置。该室装有氩气 (M = 0.039948 kg/mol)。
- 启用均方根速率与平均动能读数。
- 设置每次试验的气体温度并记录均方根分子速度。
控制方程
均方根分子速度 — v_rms = √(3·R·T / M)
气体分子的均方根速率取决于温度和摩尔质量：v_rms = √(3RT/M)。气体越轻、温度越高，分子运动得越快。
平均分子动能 — KE_avg = 3/2·kB·T
每个 ideal-gas 分子，无论质量如何，在给定温度下都具有相同的平均平移动能：KE_avg = (3/2)k_BT。温度基本上是这种平均运动的衡量标准。
可打印的工作表要求学生完成什么
- 对于一项试验，使用 R = 8.314 J/(mol·K) 和 M = 0.039948 kg/mol 计算 v_rms = √(3RT/M)。与表比较。
- 解释为什么 v_rms 随温度的平方根增长而不是与其成正比。
这在实验室之外的地方表现出来
- 相同温度下的两种气体具有相同的平均动能，但较轻的气体（较小的 M）具有较高的 v_rms。解释为什么，使用 KE_avg = ½M·v_rms² 以及 KE_avg 仅取决于 T。
- 氦气（M ≈ 0.004 kg/mol）从气球中泄漏的速度比气球仅从空气中放气的速度快得多。使用 v_rms 公式来解释为什么较轻的气体分子会更快地通过微小的孔隙逸出。
- AP Physics 2 — Unit 9: Thermodynamics
- IB Physics — B.3 Gas laws
- General High School Physics — Heat, temperature & gas laws
- NGSS High School Physics — Thermal energy transfer
- 欢迎来到分子运动论沙盒
- 选择气体腔
- 点击播放
- 温度越高，分子越快
- 打开检查器
- 完成了！
打开交互式模拟以构建场景，点击运行，并通过实时测量和引导式教程进行探索。