第1章 第3节 气体分子速率分布的统计规律 （word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年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 核心 素养 导学 物理观念 (1)初步了解什么是统计规律。 (2)了解气体分子运动的特点。 科学思维 能从宏观和微观的视角综合分析物理问题。 科学态度与责任 感受常规方式认识微观世界的微妙，渗透通过现象看本质的哲学思维方法。 　　　　　　　　　　　 一、偶然中的必然 1．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必然的规律。 2．定义：大量偶然事件表现出来的整体规律。 二、气体分子速率分布规律 1．气体分子运动的特点：气体分子都在永不停息地做无规则运动，每个分子的运动状态瞬息万变，每一时刻的运动情况完全是偶然的、不确定的。 2．气体分子速率的分布规律 (1)图像：如图所示。 (2)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”的规律。当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。,1.下表为历史上某些统计学家以相同的方法抛掷硬币，出现正面朝上次数的统计表，从表中数据你能得出什么结论？ 实验者 抛掷次数 出现正面次数 棣莫佛 2 048 1 061 布丰 4 040 2 048 皮尔逊 12 000 6 019 皮尔逊 24 000 12 012 提示：随着抛掷次数的增加，硬币出现正、反面朝上的概率是相等的。 2.如图所示，瓶内装有一定质量的气体，如果环境温度逐渐升高，请对以下说法作出判断： (1)气体分子的速率大小基本上是均匀分布的，每个速率区间的分子数大致相等。(×) (2)气体内部所有分子的速率都随温度的升高而增大。(×) (3)温度升高时，气体分子的平均速率增大，但并不是每个分子的速率都增大。(√) 新知学习(一)|对统计规律的理解 [任务驱动] (1)从伽尔顿板的入口投入一个小球，该小球在下落过程中先后与许多小钉发生碰撞，最后落入某一个狭槽内，重复几次实验，可以发现小球每次落入的狭槽不完全相同。这表明，在每一次实验中，小球落入某个狭槽内的机会是偶然的(如图甲)。 (2)如果一次投入大量的小球，可以看到，落入每个狭槽内的小球数目是不相同的，在中央处的狭槽内小球分布的最多，离中央越远的狭槽内小球分布得越少，呈现一种“中间多，两头少”的分布规律(如图乙)。 　　　　 [重点释解] 1．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。 2．这种大量偶然事件表现出来的整体规律，叫作统计规律。 [针对训练] 1．在研究热现象时，我们采用统计方法，这是因为(　 ) A．每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的 B．个别分子的运动也具有规律性，只是它对整体效果的影响不明显罢了 C．在一定温度下，大量分子的速率分布是确定的 D．在一定温度下，大量分子的速率分布也随时间而变化 解析：选C　只有大量气体分子运动的速率分布才是有规律的，即遵守统计规律，而个别气体分子的运动速率在不停地变化，没有一定的规律，故C项正确。 2．(多选)对于气体分子热运动服从统计规律的正确理解是(　 ) A．大量无序运动的气体分子组成的系统在总体上所呈现的规律性，称为统计规律 B．统计规律对所含分子数极少的系统仍然适用 C．统计规律可以由数学方法推导出来 D．对某些量进行统计平均时，分子数越多，出现的涨落现象越明显 解析：选AD　统计规律是对大量偶然事件而言的整体规律，对于少量的、个别的偶然事件是没有意义的。个别的、少量的气体分子的运动规律是不可预知的，对于大量的气体分子的运动呈现出“中间多、两头少”的统计规律，所以选项A、D正确。 [任务驱动] 新知学习(二)|对气体分子运动规律的理解 (1)气体分子间的作用力很小，若没有分子力作用，气体分子将处于怎样的自由状态？ 提示：无碰撞时气体分子将做直线运动，但由于分子之间的频繁碰撞，使得气体分子的速度大小和方向频繁改变，运动变得杂乱无章。 (2)温度不变时，每个分子的速率都相同吗？ 提示：不相同。分子在做无规则运动，造成其速率有大有小。　　　　 [重点释解] 1．气体的微观结构特点 (1)气体分子间的距离较大，大于10r0(10－9 m)，气体分子可看成无大小的质点。 (2)气体分子间的分子力很微弱，通常认为气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外，不受其他力的作用。 2．气体分子运动的特点 (1)标准状态下1 cm3气体中的分子数比地球上的人口总数还要多上许多亿倍。大量气体分子做无规则热运动，因此，分子之间频繁地碰撞，每个分子的速度大小和方向频繁地改变。 (2)正是“频繁碰撞”，造成气体分子不断地改变运动方向，使得每个气体分子可自由运动的行程极短(理论研究指出通常情况下气体分子自由运动行程的数量级仅为10－8