第1章 第5节 分子热运动的统计规律（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册（教科版2019）

第5节　分子热运动的统计规律 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解什么是统计规律. 2.知道气体分子热运动的统计规律，掌握分子热运动速率分布图像. 1.物理观念：统计规律、气体分子速率的分布图像. 2.科学思维：气体分子速率分布图像的应用. [对应学生用书P12] 1.统计规律是大量偶然事件的整体性规律. 2.理解：统计规律不是单个随机事件的简单叠加，而是系统所具有的必然性. 3.应用：统计规律适用于大量微观粒子组成的系统，如分子的热运动等. [判断]　(对的画“√”，错的画“×”) (1)大量分子的热运动符合统计规律.(√) (2)气体分子的运动像刮风一样，所有分子的运动方向都是一致的.(×) 1.气体分子速率分布曲线 氧气分子在不同温度下的速率分布曲线 2.图像的含义 (1)在一定温度下，大量气体分子的速率接近“正态”分布. (2)温度越高，速率大的分子所占的比例越多，其分子平均速率越大(适用于任何气体分子). (3)从图像可以看出，温度越高，分子的热运动越剧烈. [思考]　根据气体分子运动的速率分布图像，思考气体温度升高时是不是每个气体分子的速率都增大？ 提示　不是.气体温度升高时，速率大的分子所占的百分数增多，但并不是每个分子的速率都增大. [对应学生用书P13] 探究点一　气体分子运动的特点和统计规律 如图所示，观察瓶中气体的相关现象，总结气体分子运动的特点. 提示　自由运动，碰撞频繁，杂乱无章，向各个方向运动的机会都相等. 1.对统计规律的理解 (1)从宏观角度看，个别事件的出现具有偶然性，但大量偶然事件出现的概率，却遵从一定的统计规律. (2)从微观角度看，由于物体是由数量庞大的分子组成的，而单个分子的热运动都是不规则的，且每一时刻的运动情况完全是偶然性的，但从整体来看，大量分子的运动却有一定的规律. 2.气体分子运动的特点 (1)气体分子的距离很大(一般达到10 r0)，分子间作用力很小(可忽略)，气体分子可以自由运动. (2)气体分子间的碰撞十分频繁，这使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变，造成气体分子做杂乱无章的热运动，因此气体分子沿各个方向运动的概率相等. (3)大量气体分子的速率分布呈现中间高(速率适中的分子数多)两边低(速率很大或很小的分子数少)的规律，近似“正态”分布. (4)当温度升高时，“中间高”的这一“高峰”向速率大的方向移动，即速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大，分子的热运动更加剧烈. 某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线如图所示，图中f(v)表示各速率区间内的分子数占总分子数的百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则TⅠ、TⅡ、TⅢ的大小关系为(　　) A.TⅠ＞TⅡ＞TⅢ　　　 B.TⅢ＞TⅡ＞TⅠ C.TⅡ＞TⅠ，TⅡ＞TⅢ D.TⅠ＝TⅡ＝TⅢ B　[气体温度越高，分子热运动越剧烈，分子热运动的平均速率增大，且分子速率分布呈现“两头少、中间多”的特点.温度越高时速率大的分子所占据的比例越大，题图中图线越宽、越平缓，显然从图中可看出TⅢ＞TⅡ＞TⅠ.] [题后总结]　(1)温度升高时分子平均速率增大，但并不是每个分子的速率都增大. (2)温度越高，速率大的分子所占的比例越大. [训练1]　氧气分子在不同温度(0 ℃和100 ℃)下的速率分布曲线如图所示.由图线信息可得到的正确结论是(　　) A.同一温度下，速率大的氧气分子数所占的比例大 B.温度升高使得每一个氧气分子的速率都增大 C.温度越高，一定速率范围内的氧气分子所占的比例越小 D.温度升高使得速率较小的氧气分子所占的比例变小 D　[同一温度下，中等速率的氧气分子数所占的比例大，A错误；温度升高使得氧气分子的平均速率增大，B错误；温度越高，一定速率范围内的氧气分子所占的比例可能升高也可能降低，C错误；温度升高使得速率较小的氧气分子所占的比例变小，D正确.] 探究点二　温度和分子的平均动能 　 如图甲所示，动车的速度很大，组成动车的分子具有的动能是不是也很大？ 如图乙所示，火箭喷出的气体温度很高，这些气体分子的平均动能是不是很大？ 提示　图甲中，分子动能不一定大，分子动能与物体机械运动无关. 图乙中，气体分子平均动能一定很大，因为温度是分子平均动能大小的标志. 1.温度的物理含义 (1)宏观上：温度表示物体的冷热程度. (2)微观上：温度标志着分子热运动的剧烈程度，它是分子平均动能的标志(分子的平均动能只与温度有关). (3)温度是一个“统计”概念，它仅对物体(即大量分子)有意义，对单个分子来说，温度是没有意义的，故“分子的温度”这种说法是不科学的. (4)温度与物体的宏观运动状态无关. 2.单个分子的动能 由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，且