第1章 第3节 气体分子速率分布的统计规律 第4节 科学探究：气体压强与体积的关系-【提分教练】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第三册(鲁科版2019)

第3节　气体分子速率分布的统计规律 第4节　科学探究：气体压强与体积的关系 学业要求＋核心素养 1．初步了解什么是“统计规律”，理解气体分子运动的特点，知道气体分子速率分布规律。(科学思维) 2．理解气体压强产生的微观原因，知道影响压强的微观因素。(科学思维) 3．知道描述气体状态变化的状态参量。(物理观念) 4．通过实验探究气体压强与体积的关系，并能应用该关系处理实际问题。(科学探究) 一、气体分子速率分布的统计规律 1．基础梳理 (1)气体分子运动的特点 气体分子都在不停息地做无规则运动，每一时刻的运动情况完全是偶然的、不确定的。 (2)现象 某一事件的出现纯粹是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律。 (3)气体分子速率分布规律 在一定温度下，不管个别分子怎样运动，气 体的多数分子的速率都在某个数值附近，表现出“中间多、两头少”的分布规律。当温度升高时，该分布规律不变，气体分子的平均速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。 2．尝试探究 气体分子永不停息地做无规则运动，同一时刻都有向不同方向运动的分子，速率也有大有小。表格中是氧气分别在0℃和100℃时，同一时刻在不同速率区间内的分子数占总分子数的百分比，由表能得出什么结论？ 按速率大小划分的区间(m/s) 各速率区间的分子数占总分子数的百分比(%) 0 ℃ 100 ℃ 100以下 100～200 200～300 300～400 400～500 500～600 600～700 700～800 800～900 900以上 1.4 8.1 17.0 21.4 20.4 15.1 9.2 4.5 2.0 0.9 0.7 5.4 11.9 17.4 18.6 16.7 12.9 7.9 4.6 3.9 提示：(1)大多数气体分子的速率处于中间值，少数分子的速率较大或较小。 (2)随着温度的升高，气体分子的平均速率增大。 (3)随着温度的升高，速率大的分子数变多。 二、气体的状态参量 1．基础梳理 (1)气体的压强、体积和温度三个状态参量之间存在着一定的关系。 (2)状态参量的认识 ①气体的体积 气体的体积是指气体分子能够到达的空间，气体具有很强的流动性，它总能充满整个容器，因此，气体的体积通常就等于容器的容积。 ②温度 温度是描述物体冷热程度的物理量，也是物体内分子平均动能的标志。 物理学中，温度的国际单位是热力学温度的单位开尔文，符号为K。热力学温度与摄氏温度的关系是T＝t＋273.15K。 ③气体的压强 气体内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。 2．尝试探究 用小滚珠作为空气分子模型，把装有滚珠的杯子拿到秤盘上方某处，把1粒滚珠倒在秤盘上，秤的指针会摆动一下，再在相同的高处把100粒或更多的滚珠快速倒在秤盘上，秤的指针会在一个位置附近摆动，如图所示，如果使这些滚珠从更高的位置倒在秤盘上，可以观察到秤的指针所指示的压力更大。 (1)滚珠倒在秤盘上，对秤能否产生压强？ 提示：有压力，能产生压强。 (2)气体压强是由气体分子间的相互作用产生的吗？ 提示：不是。气体压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。 (3)气体压强和大气压是一回事吗？ 提示：不是。气体压强是由气体分子频繁地碰撞器壁产生的，大小由气体的体积和温度决定，与地球引力无关；大气压强是由于空气受到重力作用而对浸在其中的物体产生的压强，随高度的升高而减小，如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，也就没有大气压强。 三、探究气体压强与体积的关系 1．基础梳理 一定质量的气体，在温度保持不变的条件下，研究压强和体积的关系。 2．尝试探究 如图所示为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，试根据实验探究以下问题： (1)本实验的目的是什么？可采用哪种物理方法分析？ 提示：目的是研究一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积的关系，可采用控制变量法分析。 (2)本实验的研究对象是什么？ 提示：被封闭在玻璃管中的空气柱。 【思考交流】 1．用注射器对封闭气体进行等温变化的实验时，在改变封闭气体的体积时，为什么要缓慢进行？ 提示：该实验的条件是气体的质量一定，温度不变，体积变化时封闭气体自身的温度会发生变化，为保证温度不变，应给封闭气体以足够的时间进行热交换，以保证气体的温度不变。 2．若实验数据呈现气体体积减小，压强增大的特点，能否断定压强与体积成反比？ 提示：不能，也可能压强p与体积V的二次方(三次方)或与成反比，只有作出的p-图线是直线，才能判定p与V成反比。 【实验提醒】 1．空气的压强p可以从仪器上方的气压计读出。 2．空气柱的体积V可以从玻璃管的刻度上直接读出。 【实验器材】 气压计、玻璃管、铁架台、活塞、橡胶套等。 【实验步骤】 1．按实验装置示意图，组装实