第3节 气体分子速率分布的统计规律（教学课件）物理鲁科版选择性必修第三册

1.3 气体分子速率分布的统计规律 壹 素养目标 (1)初步了解什么是“统计规律”。 (2)知道气体分子运动的特点。 (3)知道统计规律，气体分子运动的特点、速率分布图像，气体压强的微观解释。 (4)通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象,培养学生的微观想象能力和逻辑思维。 conclusion 课堂导入 ONE 同学们请思考，某医院治疗一种疾病的治愈率为10%,那么,前9个病人都没有治愈,第10个人就一定能治愈吗? 答案提示:如果把治疗一个病人作为一次实验,治愈率是10%,随着实验次数的增加,即治疗的病人数的增加,大约有10%的人能够治愈,对于一次实验来说,其结果是随机的,因此,前9个病人没有治愈是可能的,对第10个人来说,其结果仍然是随机的,既有可能治愈,也可能没有治愈,治愈率仍是10%。 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？ 提示：抛掷次数较少时，正面向上或向下完全是偶然的，但抛掷次数很多时，正面向上或向下的概率是相等的，即遵守统计规律。 抛硬币实验 课程目录 知识点讲解、探索新知 壹 总结与归纳 贰 课堂检测 叁 课后作业 肆 conclusion 知识点讲解 TWO 一、偶然中的必然——统计规律 知识点讲解 (1)伽尔顿板实验现象：单个小钢珠落入哪个狭槽是________，少量小钢珠在狭槽内的分布情况也是不确定的，但大量小钢珠在狭槽内的分布情况表现出________规律。 (2)统计规律：大量______事件表现出来的整体规律，称为______规律。 偶然的 必然的 偶然 统计 1.伽尔顿板实验现象：单个小钢珠落入哪个狭槽是偶然的，少量小钢珠在狭槽内的分布情况也是不确定的，但大量小钢珠在狭槽内的分布情况表现出必然的规律。 2.统计规律: (1)在一定条件下,若某事件必然出现,这个事件叫作必然事件。 (2)若某事件不可能出现,这个事件叫作不可能事件。 (3)若在一定条件下某事件可能出现,也可能不出现,这个事件叫作随机事件。 (4)大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性,这种规律就叫作统计规律。 (5)热现象与大量分子热运动的统计规律有关。 二、气体分子速率分布的规律 1.气体分子运动的特点 (1)气体分子间的距离很大，大约是分子直径的10倍，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间自由移动。所以气体没有确定的形状和体积，其体积等于容器的容积。 (2)分子的运动杂乱无章，在某一时刻，气体分子沿各个方向运动的机会(机率)相等。 2.分子运动速率分布规律 (1)温度越高，分子热运动越剧烈。 (2)气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布。当温度升高时，某一分子在某一时刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中间多”的分子速率值增加(如图所示)。 三.气体分子运动的特点 (1)运动的自由性：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，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。 (2)运动的无序性：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，而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 四、气体压强的微观意义 请思考，气体对容器的压强是怎样产生的呢? 答案提示:从分子动理论的观点来看,气体对容器的压强源于气体分子的热运动,当它们飞到器壁时,就会跟器壁发生碰撞(可视为弹性碰撞),就是这个撞击对器壁产生了作用力,从而产生了压强。 四、气体压强的微观意义 1.气体压强产生的原因:从分子动理论的观点来看,气体对容器的压强是由于气体分子跟器壁发生碰撞而产生的。 2.决定气体压强大小的因素: (1)容器中气体分子的平均速率越大,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就越大; (2)容器中气体分子的数密度大,在单位时间内, 与单位面积器壁碰撞的分子数就多,平均作用力也会较大。 3.密闭气体压强与大气压强不同: (1)密闭气体压强:因密闭容器中的气体密度一般很小,由于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,大小由气体的分子密度和温度决定,与地球的引力无关,气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。 (2)大气压强:大气压强是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。 conclusion 课堂检测 THREE 课堂检测 1.(多选)某一气体在不同温度下的速率分布图像如图所示，下列判断正确的是 (　　) A.T1＞T2                                                   B.T1＜T2 C.两条图线和横轴所包围的面积一定相等     D.两条图线和横轴所包围的面积可能不等 解析：选BC。温度越高，分子的热运动越激烈，分子运动激烈是指速率大的分子占总分子数的比例大。温度为T2的图线，速率大的分子占总分子数的比例大，温度高；温度为T1的图线，速率大的分子占总分子数的比例小，温度低，故T1<T2，A错误，B正确；图中两个状态下曲线与横轴包围的面积代表所有区间分子数占总分子数的百分比之和，都是1，即两条图线和横轴所包围的面积一定相等，C正确，D错误。 课堂检测 2.关于气体分子的运动情况，下列说法中正确的是(　　) A.某一时刻具有某一速率的分子数目是相等的         B.某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的 C.某一温度下，大多数气体分子的速率不会发生变化   D.分子的速率分布毫无规律 解析：选B。具有某一速率的分子数目并不是相等的，呈“中间多，两头少”的统计规律分布，故A、D错误；由于分子之间不断地碰撞，分子随时都会改变自己的运动情况，因此在某一时刻，一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，故B正确；某一温度下，每个分子的速率仍然是随时变化的，只是分子运动的平均速率不变，故C错误。 3.有关气体压强，下列说法正确的是(　　) A.气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大 B.气体分子的平均速率增大，则气体的压强有可能减小 C.气体分子的数密度增大，则气体的压强一定增大 D.气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大 解析：选B。气体的压强与两个因素有关：一是气体分子的平均速率，二是气体分子的数密度。即一是温度，二是体积。数密度或平均动能增大，都只强调问题的一方面，也就是说，平均速率增大的同时，气体的体积可能增大，使得分子的数密度减小，所以压强可能增大，也可能减小或不变。同理，当分子数密度增大时，分子平均速率也可能减小，压强的变化不能确定。故A、C、D错误，B正确。 4.下列关于气体的说法中,正确的是 (　　) A.由于气体分子运动的无规则性,密闭容器的器壁在各个方向上的压强可能会不相等 B.气体的温度升高时,所有的气体分子的速率都增大 C.一定质量的气体体积不变,气体分子的平均速率越大,气体的压强就越大 D.气体的分子数越多,气体的压强就越大 解析：选C。气体分子一直做无规则运动,但是由于在同一时刻,向各个方向运动的概率相同,故对器壁在各个方向上的压强相等,A错误;温度升高时,气体分子的平均速率增大,但不是所有的气体分子速率都增大,B错误;体积不变,分子的平均速率越大说明温度越高,压强越大,C正确;气体压强由气体分子数密度和平均速率共同决定,D错误。 conclusion 总结与归纳 THREE 总结与归纳 conclusion 课后作业 FOUR 1.(多选)大量气体分子运动的特点是(　　) A.分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，还可在空间内自由移动 B.分子的不断碰撞致使它做杂乱无章的热运动 C.分子沿各方向运动的机会均等               D.分子的速率分布毫无规律 解析：选ABC。因气体分子间的距离较大，分子力可以忽略，分子除碰撞外不受其他作用，故可在空间内自由移动，A正确；分子间不断的碰撞使分子的运动杂乱无章，且向各方向运动的机会均等，B、C正确；气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布，D错误。 2.(多选)如图所示为一定质量的氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同情况下的速率分布情况，由图可以判断以下说法正确的是(　　) A.温度升高，所有分子的运动速率均变大 B.温度越高，分子的平均速率越小 C.0 ℃和100 ℃时氧气分子的速率都呈现“中间多，两头少”的分布特点 D.100 ℃的氧气与0 ℃的氧气相比，速率大的分子所占的比例较大 解析：CD。温度升高，气体分子的平均运动速率增大，但有些分子的运动速率可能减小，从图中可以看出温度高时，速率大的分子所占比例较大，A、B错误，C、D正确。 3.(多选)关于气体分子的运动情况，下列说法正确的是(　　) A.某一时刻具有任一速率的分子数目是相等的        B.某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的 C.某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等     D.某一温度下大多数气体分子的速率不会发生变化 解析：选BC。具有任一速率的分子数目并不是相等的，而是呈现“中间多、两头少”的分布规律，选项A错误；由于分子之间频繁地碰撞，分子随时会改变自己运动速度的大小和方向，因此在某一时刻一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，选项B正确；虽然每个分子的速度瞬息万变，但是大量分子整体存在着统计规律，由于分子数目巨大，在某一时刻向任意一个方向运动的分子数目只有很小的差别，可以认为是相等的，选项C正确；某一温度下，每个分子的速率仍然是瞬息万变的，只是分子运动的平均速率不变，选项D错误。 4.气体压强从微观角度看是大量气体分子频繁碰撞容器壁而产生的一个持续的压力效果。一同学用如图所示实验装置模拟这一情景。桌面上放一台秤，用杯子向台秤上倾倒大豆，观察台秤的示数。关于实验现象及推论，下列说法正确的是(　　)   A.只增大倾倒大豆的杯子高度，台秤示数会减小 B.只增加相同时间内倾倒大豆的数量，台秤示数会减小 C.气体分子与容器壁的碰撞越剧烈、越频繁，气体压强就越大 D.一定质量的气体，其温度越高，压强就越大 解析：选C。倾倒大豆时大豆对秤有力的作用，这个力是大豆对秤的压力，增加高度，类似气体分子的平均速率增大，如果单位时间内倾倒大豆的数量不变，大豆对秤的压力增大，台秤的示数变大，A错误；相同时间内倾倒的大豆越多，类似单位体积内气体分子的数量越大，可知只增加相同时间内倾倒大豆的数量，秤的示数会变大，B错误；气体分子与容器壁的碰撞越剧烈、越频繁，即单位面积上的压力越大，则气体压强就越大，C正确；一定质量的气体，其温度越高，气体压强不一定越大，压强还与单位体积内的分子数有关，D错误。 5.中午时车胎内气体的温度高于清晨时的温度，若不考虑车胎体积的变化，则与清晨相比，下列说法正确的是    (　　) A.中午时车胎内气体分子的平均动能增大          B.中午时车胎内气体分子的平均动能减小 C.中午时车胎内气体分子在单位时间内对车胎内壁单位面积的碰撞次数不变 D.中午时车胎内气体分子在单位时间内对车胎内壁单位面积的碰撞次数减小 解析:选A。当车胎内气体的温度升高时，分子运动变剧烈，车胎内气体分子的平均动能增大，故A正确，B错误；清晨和中午车胎单位体积内气体分子数不变，但中午时温度高，分子平均速率增大，所以此时气体分子在单位时间内对车胎单位面积的碰撞次数增多，故C、D错误。 6.(多选)如图所示，封闭在汽缸内一定质量的理想气体，如果保持体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是(　　)   A.气体的密度增大           B.气体的压强增大 C.气体分子的平均动能减小    D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 解析：BD。当温度T升高时，分子平均速率变大，压强增大，B正确；由于质量不变，体积不变，则分子密度不变，而温度升高，分子的平均速率增大，所以单位时间内气体分子对器壁碰撞次数增多，D正确，A、C错误。 Teaching 演示结束 谢谢观看 The top "Start" panel allows you to modify the font, size, color, line spacing, and more. It is recommended that the text be 8 to 18 characters with 1.3 times the space between the characters. 授课人： 教师说课│公开课│示范课│教师授课 $$