1.3分子运动速率分布规律 教学设计-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第三册

1.3 分子运动速度分布规律 【教学目标】 1.初步了解什么是统计规律；2.了解气体分子运动的特点：分子沿各个方向运动的机会均等，分子速率按一定规律分布；3.能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，知道气体的压强与所对应的微观物理量间的联系。 【教学重难点】 教学重点：理解气体分子运动的特点及气体分子运动速率的统计分布规律。 教学难点：掌握分子运动速率分布图像，能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义。 【教学过程】 教学 环节 教师活动 学生活动 设计 意图 新课引入 掷币实验 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？ 利用硬币完成实验。并统计个人和小组结果，课代表统计全班同学的结果。 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。 吸引学生注意力，让学生参与课题，活跃课堂气氛。 伽尔顿板实验： 某一个小球会落入哪个狭槽是确定的吗?大量小球落入哪里有规律吗? 不确定 有规律，大部分落到中间，少数落到两边。 统计规律 一、统计规律 1、在一定条件下，若某事件必然出现，这个事件叫做必然事件。 2、若某件事不可能出现，这个事件叫做不可能事件。 3、若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫做随机事件。 个别随机事件的出现具有偶然性，大量随机事件的整体会表现出一定的规律性这种规律就是统计规律。 对统计规律的理解: ①个别事件的出现具有偶然性，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，由于物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，大量分子的运动却有一定的规律。 理解什么是必然事件、不可能事件、偶然事件。体会什么叫统计规律。 对理解气体分子的统计规律加强知识储备，便于学生下一步学习气体分子的运动特点。 1.伽尔顿板可以演示统计规律。如图所示，让大量小球从上方漏斗形入口落下，最终小球都落在槽内。重复多次实验后发现D A.某个小球落在哪个槽是有规律的 B.大量小球在槽内的分布是无规律的 C.大量小球落入槽内后均匀分布在各槽中 D.越接近漏斗形入口处的槽内，小球聚集越多 气体分子运动的特点 思考1：为什么气体的体积等于容器的容积? 思考2：在任一时刻,向各个方向运动的气体分子数有什么特点? 1.由于气体分子间的距离比较大，分子间作用力很弱。通常认为，除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。 2.气体分子的运动杂乱无章，在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有，从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。 课堂巩固： 2.气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外C A.气体分子可以做布朗运动 B.气体分子的速率都一样大 C.相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动 D.相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大 分子运动速率分布图像 观察氧气分子的速率分布，寻找特点： 尽管大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布。 （1）气体分子速率呈“中间多、两头少”的分布。当温度升高时，某一分子在某一时刻的速率不一定增大，但大量分子的平均速率一定增大，而且分布曲线的峰值向速率大的一侧移动。 （2）温度升高时，分子的热运动越剧烈。速率大的分子数增加，速率小的分子数减少。 （3）通过定量的分析可以得出：理想气体的热力学温度与分子的平均动能成正比，即：T=aEk，a为比例系数。这表明温度是分子平均动能的标志。（此处不做强调） 课堂巩固： 3.(多选)根据气体分子动理论，气体分子运动的剧烈程度与温度有关，氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下分子运动速率分布图像如图，下列说法正确的是AC A.温度升高时，速率大的分子数增多了 B.不论温度有多高，速率很大和很小的分子总是多数分子 C.温度变化时，“中间多、两头少”的分子分布规律不会发生改变 D.曲线给出的是任意速率区间的氧气分子数目 气体压强的微观解释 知道了气体分子运动的这些特点和规律，我们就可以来解释气体压强的产生和气体实验定律了。 1.气体压强的产生原因（微观解释）： 气体的压强来自大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁产生持续、均匀的压力，从而产生压强。选择一个以速度v与器壁发生弹性正碰的气体分子为研究对象，假设气体分子质量为m，求碰撞过程中器壁受到的作用力。 对气体分子由动量定理：FΔt=-mv-mv=-2mv 气体分子受到的作用力 F=−2mv/Δt 器壁受到的作用力 F′=2mv/Δt 通过压强的定义式，理解产生压强的原因。 2.演示实验：模拟气体压强产生的机理 1.将一颗玻璃珠拿到台秤上方约10 cm的位置落下，观察秤的指针的摆动情况。（秤的指针有一个较小幅度的摆动，对于单个分子来说，对器壁的撞击是间断的、不均匀的） 2.将20颗玻璃珠拿到台秤上方约10 cm的位置落下，观察秤的指针的摆动情况。（秤的指针有一个持续的较大幅度的摆动，对于大量分子总的作用来说，就表现为连续的和均匀的） 3.将20颗玻璃珠拿到台秤上方约20 cm的位置落下，观察秤的指针的摆动情况。（秤的指针有一个持续的更大幅度的摆动，分子热运动速率越大，对器壁的撞击力越大） 3.压强与分子平均速率（温度）的关系（视频演示） 4.压强与气体分子的数密度的关系（视频演示） 5.气体压强与大气压强的区别与联系   气体压强 大气压强 区别 ①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值 ③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的 类比气体压强和大气压强。 总结： 1.气体压强产生的原因：大量气体分子对器壁的碰撞引起的。 2.决定气体压强大小的因素 （1）微观因素 ①与气体分子的数密度有关：气体分子数密度越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，平均作用力也会越大，气体压强就越大。 ②与气体分子的平均速率有关：气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。 （2）宏观因素 ①与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大。 ②与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大。 3.气体压强与大气压强的联系 课堂巩固： 4.（多选）关于气体的压强，下列说法正确的是ABD A.气体分子频繁地碰撞器壁是产生压力形成压强的重要因素 B.大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分压强相等 C.温度升高，分子对器壁碰撞更加频繁，压强一定增大 D.温度一定时，体积变小，单位体积内分子数增多，对器壁碰撞更加频 繁，压强增大 5.（课本第13页第3题）有甲、乙、丙、丁四瓶氢气。甲的体积为V，质量为m，温度为t，压强为p。乙、丙、丁的体积、质量、温度如下所述。 （1）乙的体积大于V，质量、温度和甲相同； （2）丙的温度高于t，体积、质量和甲相同； （3）丁的质量大于m、温度高于t，体积和甲相同。 试问：乙、丙、丁的压强是大于p还是小于p？或等于p？请用气体压强的微观解释来说明。 答案：（1）乙的体积大于V，质量、温度和甲相同，则分子平均速率相同，气体分子对器壁的平均作用力相同，而由于乙的体积较大，则分子数密度较小，单位时间撞击器壁的分子数较少，则气体压强较小，即乙的压强小于p。 （2）丙的温度高于t，体积、质量和甲相同。则丙分子数密度与甲相同，丙的温度高，则分子平均速率较大，分子对器壁的平均撞击力较大，则丙的压强较大，即丙的压强大于p。 （3）丁的质量大于m、温度高于t，体积和甲相同。则丁的分子数密度大于甲，分子的平均速率大于甲，知单位时间内撞击器壁的分子数大于甲，分子对器壁的平均撞击力大于甲，则压强大于甲，即丁的压强大于p。 狭缝与振动方向垂直 【本课小结】 【课后作业】 【板书设计】 一、气体分子运动的特点 二、分子运动速率分布 “中间多、两头少” 三、气体压强的微观解释 分子平均动能——温度 分子密集程度——体积 学科网（北京）股份有限公司 $$