第1章 第3～4节 气体分子速率分布的统计规律 科学探究：气体压强与体积的关系（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（鲁科版2019）

第2节　 气体分子速率分布的统计规律 第3节　 第4节　科学探究：气体压强与体积的关系 核心素养 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.了解什么是“统计规律”。 2．知道分子运动速率分布图像的物理意义。 3．知道描述气体状态的三个物理量。 1.理解气体分子速率的分布规律。 2．知道气体压强产生的原因和决定压强的因素。 1.体验气体等温变化规律的探究过程。 2．能撰写有一定要求的实验报告，能与他人交流探究实验过程和结果。 体会统计规律在研究大量偶然事件时采用统计方法的意义。 [对应学生用书P13] 知识点一 偶然中的必然 统计规律：大量偶然事件表现出来的整体规律。 知识点二 气体分子速率分布规律 1.气体分子的速率分布如图所示，其中f(v)为速率v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比。从图中可以看出，在一定温度下，不管个别分子怎样运动，速率分布表现出“中间多、两头少”➊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。➋ 2．图像直观地反映了“温度越高，分子的热运动越剧烈”。 知识点三 气体的状态参量 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．气体的温度 (1)摄氏温度：标准大气压下冰水混合物的温度标定为0 ℃，水的沸腾温度标定为100 ℃，把0～100 ℃之间划分为100等份，每一等份表示1 ℃。 (2)热力学温度➌：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＋273.15_K。 3．气体的压强➍ (1)定义：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)气体压强产生的原因：大量气体分子的频繁撞击，会使容器壁受到一个稳定的压力，从而产生压强。 (3)气体压强大小的决定因素：气体的压强与气体温度和单位体积的分子数有关，温度越高，单位体积内的分子数越多，气体的压强越大。 1．当温度升高时，分子速率分布曲线的峰值向速率小的一方移动。(×) 2．气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生的。(√) 3．热力学温度升高1 K与摄氏温度升高1 ℃是等效的。(√) 4．当温度升高时，气体压强一定变大。(×) 批注➊：大量分子表现出的规律，即统计规律。 批注➋：温度升高时，速率大的分子数目增加，速率小的分子数目减少，速率大的分子与分子总数的比值增大。 批注➌：热力学温标是与具体的测温物质无关的温标，是国际单位制中七个基本物理量之一。 批注➍：打足了气的汽车轮胎，在夏天炎热阳光下容易爆胎：在日光曝晒下，胎内气体温度显著升高，气体分子热运动加剧，分子的平均动能增大，使气体压强进一步加大，这样气体的压强一旦超过轮胎的承受能力，轮胎便被胀破。 [对应学生用书P14] 探究点一　气体分子的运动特点与速率分布规律　(物质观念之形成) ◆情境探究 抛掷一枚硬币时，其正面有时向上，有时向下，抛掷次数较少和次数很多时，会有什么规律？ 答案：抛掷次数较少时，正面向上或向下完全是偶然的，但次数很多时，正面向上或向下的概率是相等的。 ◆探究归纳 1．对统计规律的理解 (1)个别事件的出现具有偶然因素，但大量事件出现的机会，却遵从一定的统计规律。 (2)从微观角度看，由于气体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却具有一定的规律。 2．气体分子运动的特点 (1)自由性：分子在两次碰撞之间，可认为不受力，做匀速直线运动。 (2)无规则性：分子之间频繁地碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变。 (3)机会均等性：大量分子运动的杂乱无章，使得分子向各个方向运动的机会均等。 3．分子运动速率分布图像 (1)大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少(速率大或小的分子数目少)的规律。 (2)如图所示，当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，即速度大的分子数目增多，速率小的分子数目减小，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈，定量的分析表明理想气体的热力学温度T与分子的平均动能k成正比，即T＝ak，因此说，温度是分子平均动能的标志。 ◆对点例练 (2022·福建德化第一中学高二期末)概率统计的方法是科学研究中的重要方法之一，以下是某一定质量的氧气(可看成理想气体)在0℃和100℃时统计出的速率分布图像，结合图像分析以下说法正确的是(　　) A．其中某个分子，100 ℃时的速率一定比0 ℃时要大 B．100 ℃时图线下对应的面积和0 ℃时图线下对应的面积相等 C．如果两种情况气体的压强相同