第1章 第3节 分子运动速率分布规律-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2024）

第一章 分子动理论 ②用注射器吸取①中配制好的油酸酒精溶液, 答下列问题: 把它一滴一滴地滴入烧杯中,当滴入”-100 (1)该同学遗漏的重要步骤是 滴时,测得其体积恰好是V。一1mL。 (2)1滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积V是 ③往边长为30~40cm的浅盘里倒入2cm深 的水,将爽身粉均匀撒在水面上; (3)油酸分子的直径是 (保留1位有 ④用注射器往水面上滴一滴油酸酒精溶液,将 效数字); 事先准备好的玻璃板放在浅盘上,并在玻璃板 上描下油膜的形状 (4)若爽身粉撒得过厚,则会使分子直径的测 量结果偏 如图所示,数出轮廓范围内小方格的个数 (选填“大”或“小”) N,小方格的边长/一20mm.根据以上信息,回 I反信提示完成P2:课时作业(二) 第3节 分子运动速率分布规律 学习目标 1.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(物理观念).2.能用气 体分子动理论解释气体压强的微观意义(科学思维) 课前·教材预案 l教材梳理l 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 统计规律 知识点一 气体分子运动的 特点 知识点二 分子运动速率分布图像 温度越高,分子的热运动越 1.统计规律 .大量气体分 子的速率呈" 出现的 (1)必然事件:在一定条件下 ”的规律分布,当 温度升高时,速率大的分子比例比较 事件. _,其 (2)不可能事件:在一定条件下 出现 分子的平均速率较 的事件. 知识点三 气体压强的微观解释 (3)随机事件:在一定条件下可能 ,也 1.气体压强的产生原因:大量气体分子不断 可能 的事件. 器壁的结果. 事件的 (4)统计规律:大量 2.气体压强:器壁 面积上受到的 往往会表现出一定的规律性 3.气体压强的微观解释 2.气体分子运动的特点 (1)某容器中气体分子的 越大,单位 (D)由干气体分子间的距离比较大,分子间作 时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对 用力很弱,通常认为,气体分子除了相互碰撞 器壁的作用力越 或者跟器壁碰撞外,不受力而做 (2)容器中气体分子的 大,在单位时 动,因此气体充满它能达到的整个空间 间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就_, (2)分子的运动杂乱无章,在某一时刻,向着 平均作用力也会较__: .131 物理 选择性必修第三册 课堂学案 自主检测 (4)温度相同时,各种气体分子的平均速度都 相同. 1 ) 1.判断下列说法的正误 2.密闭在钢瓶中的气体,温度升高时压强增大 (1)气体之所以能充满整个空间,是因为气体 从分子动理论的角度分析,这是由于气体分子 分子间相互作用的引力和斥力十分微弱,气体 的 增大了,该气体在温度T、T。时的 分子可以在空间自由运动. ( → 分子速率分布图像如图所示,则T (选 (2)温度越高,分子的热运动越剧烈,是指温度 填“大于”或“小于”)7。 升高时,所有分子运动的速率都增大了. ,各速卒区间的分子数 占总分了数的门分比 7 (3)当温度发生变化时,气体分子的速率分布 图像不再是“中间多、两头少” ) 分的 课堂·深度探究 气体分子运动特点 探究点一 【知识拓展】 (情境导学】生活中,我们经过十字路口时,看到 1.对统计规律的理解 在道路上的车辆杂乱无章的行驶着,有直行 (1)个别事件的出现具有偶然因素,但大量障 的、右转的、左转的、有停下来等交通信号灯 机事件往往会遵从一定的统计规律 的,有行驶缓慢的,有变道的和发生碰撞的 (2)从微观角度着,由于物体是由数量极多的 那么分子的运动是怎么样的呢 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 2.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 (3)每个气体分子都在做永不停息的无规则运 动,常温下大多数气体分子的速率都达到数百 米每秒,在数量级上相当于子弹的速率 【例题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 .14. 第一章 分子动理论 B.分子的不断碰撞致使它做杂乱无章的热 总分子数的百分率f(),图线1、2对应的温 运动 ( 度分别为、,由图可知 ) C.分子沿各方向运动的机会均等 f) 一#) D.某时刻某一气体分子向左运动,则下一时 刻它不可能向上运动 02468(x100m.) 思维导引:理解分子运动的特点,分子的运动 A.温度:低于温度4。 虽然杂乱无章,但是向各个方向运动的概率 B.图线中的峰值对应的横坐标数值为氧气分 都是一样的. 子平均速率 【变式1】下列关于气体分子运动的说法,正确 C.温度升高,每一个氧气分子的速率都增大 的是 C D.温度升高,氧气分子中速率小于400m/s A.存在某一时刻,所有气体分子都向同一个 的分子所占的比例减小 方向运动 思维导引:(1)在一定温度下,所有气体分子 B.在一个密闭的空间中,由于空气不流动,气 的速率都皇“中间多、两头少”的分布;(2)并 体分子处于静止状态 不是所有分子的速率都随温度升高而增大. C.在研究气体分子运动的特点时,应专注于 【变式2】(多选)如图所示是氧气分子在0C和 研究单个分子的运动 100C两种不同温度下的速率分布情况图像 D.气体分子的运动是杂乱无章的,在某时刻 下列说法正确的是 f ) 其运动方向可以是任一方向 x100% 探究点二 分子运动速率的分布图像 20--.... 【知识拓展】 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 v/fx10m·) 布,当温度升高时,某一分子在某一时刻它的 A.图线①是氧气分子在100C下的速率分布 速率不一定增加,但大量分子的平均速率一定 情况 增加,而且“中间多”的分子速率值增加(如图 B.两种温度下,氧气分子的速率分布都呈现 所示). “中间多,两头少”的分布规律 ,各速率区间的分了数占总分了数的百分比 C.随着温度的升高,并不是每一个氧气分子 20 的速率都增大 10 D.随着温度的升高,氧气分子中速率大的分 子所占的比例减小 探究点三 气体压强的微观解释 【情境导学】把一颗豆粒拿到台秤上方约10cm 【例题2】(多选)如图所示是氧气分子在不同温 的位置,放手后使它落在秤盘上,观察平的指 度下的运动速率分布规律图,横坐标表示分 针的摆动情况,如图所示,再从相同高度担 子速率v,纵坐标表示速率v对应的分子数占 100粒或更多的豆粒连续地倒在秤盘上,观察 .15· 物理 选择性必修第三册 课堂学案 指针的摆动情况,使这些豆粒从更高的位置 (2)宏观因素①与温度有关:体积一定时,温度 落在秤盘上,观察指针的摆动情况,用立粒做 越高,气体的压强越大.②与体积有关:温度一 气体分子的模型,试说明气体压强产生的 定时,体积越小,气体的压强越大 原理. 3. 气体压强与大气压强的区别与联系 气体压强 大气压强 ①因密闭容器内的 ①由干空气受到重力作 气体分子的数密度 用紧紧包围地球而对浸 -般很小,由气体自 在它里面的物体产生的 身重力产生的压强 压强,如果没有地球引力 极小,可忽略不计: 作用,地球表面就没有大 故气体压强由气体 气,从而也不会有大气 分子碰撞器壁产生 压强 区别 ②大小由气体分子 ②地面大气压强的值与 的数密度和平均速 地球表面积的乘积,近似 率决定,与地球的引 等于地球大气层所受的 力无关 重力值 ③气体对上下左右 ③大气压强最终也是通 器壁的压强大小都 【知识拓展】 过分子碰撞实现对放入 是相等的 1.气体压强的产生 其中的物体产生压强 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的,但是大量 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或础 联系 分子频繁地碰撞器壁,就会对器壁产生持续 撞放入其中的物体而产生的 均匀的压力,所以从分子动理论的观点来看, 【例题3】关干气体的压强,下列说法正确的是 气体的压强等于大量气体分子作用在器壁单 位面积上的平均作用力. 2.决定气体压强大小的因素 A.气体分子的平均速率增大,则气体的压强 (1)微观因素 一定增大 ①与气体分子的数密度有关:气体分子数密度 B.气体分子的数密度增大,则气体的压强一 (即单位体积内气体分子的数目)越大,在单位 定增大 时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就赵 C.气体分子的平均速率减小,则气体的压强 多,气体压强就越大 一定减小 ②与气体分子的平均速率有关:气体分子的平 D.气体分字的平均速率增大,气体的压强者 均速率越大,每个气体分子与器壁碰撞时(可 可能减小 视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大;从另一 思维导引:明确气体压强的决定因素一-气 方面讲,分子的平均速率越大,在单位时间内 体分子的数密度与平均速率,只有知道了这 器壁受气体分子撞击的次数就越多,累计冲力 两个因素的变化,才能确定压强的变化,任何 就越大,气体压强就越大 单个因素的变化都不能决定压强是否变化. .16. 第一章 分子动理论 【变式3】某同学记录某天教室内温度如下 A.教室内空气密度增大 0 10:00 12:00 14:00 时刻 8:00 16:00 B.教室内空气分子平均速率增大 温度 7C 11°C 12°C 17C 16°C C.墙壁单位面积受到气体压力增大 教室内气压可认为不变,则当天16:00与10:00 D.单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数 。 ( 相比,下列说法正确的是 增加 课末·随堂演练 1.(气体分子遥动的特点)(多选)对于气体分子 A.图中虚线对应气体分子平均速率较大的 的运动,下列说法正确的是 C ) 情形 A.一定温度下,气体分子的碰撞虽然十分频 B.气体温度越高,图线的峰值越高 繁,但同一时刻,每个分子的速率都相等 B.一定温度下,气体分子速率一般不相等,但 C. 图线反映了温度越高,分子的热运动越剧烈 速率很大和速率很小的分子数目相对较少 D.气体分子在0C和100C温度下都满足“中 C.一定温度下,气体分子做杂乱无章的运动 间多,两头少”的规律 可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方 3.(气体压强的微观解释)下列说法正确的是 向运动的情况 D.当温度升高时,气体中某10个分子的平均 1 ) 速率可能减小 A.气体对器壁的压强在数值上等于大量气体 2.(气体分子运动速丰分布图像)(多选)某种气 分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 体分子在0C和100C温度下各速率区间的 B.气体对器壁的压强等于大量气体分子单位 分子数占总分子数的百分比随气体分子速率 的变化分别如图中的两条曲线所示,下列说法 时间作用在器壁上的平均作用力 正确的是 ( ) C.气体分子热运动的平均速率减小,气体的压 各速率区问的分了数 占总分子数的百分比 强一定减小 D.单位体积的气体分子数增加,气体的压强一 定增大 200 400 600 800=/(m·s) I反信提示完成P2.课时作业(三) .17.纯油酸的体积为V=房×8ml.=8XI0*am】 6 [变式1门D解析气体分子的运动是杂乱无章的，在某一时刻 气体分子可以向任一方向运动，而大量气体分子在某时刻 (3)油酸分子直径为d= V-8×10 106 一cm≈7.5X10"cm= 向任一方向运动的分子数相等，选项A错误，D正确：气体 分子是在永不停息地做无规则运动，不可能静止，选项B错 7.5×10-0m 误；研究分子的运动时，研究的是大量分子的运动，研究一 (4)主要有两个原因：①水面受到落下油滴的冲击，先陷下 后又恢复水平，因此油膜的面积先扩张后又收缩：②油酸酒 个分子的运动无实际意义，选项C错误 精溶液中的酒精将溶于水并很快挥发，使液面收缩。 [例题2]AD解析温度越高，分子热运动越剧烈，运动剧烈是 答索(1)106cm(2)8×104cm2(3)7.5×10"m 指速率大的分子所占的比例大，根据题图，图线2中速率大 (4)见解析 的分子所占比例大，则对应温度高，图线1中速率大的分子 课末·随堂演练 所占比例小，则对应温度低，选项A正确：图线中的峰值对 1.C解析在“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，让一 应的横坐标数值是表示分子数百分率达到最大值时分子的 定体积的油酸滴在水面上形成单分子油膜，将油酸分子看作 速率，不表示分子的平均速率，选项B错误：温度的影响是 球形，可认为油酸分子是一个紧挨一个的，估算出油膜面积， 对大量分子运动的统计规律，对个别的分子没有意义，所以 从而求出分子直径，这里用到的方法是理想模型法，选项C 温度升高，不是每一个氧气分子的速率都增大，选项C错 正确，A、BD错误. 误：温度升高，氧气分子中速率小于400/s的分子所占的 2.D解扬由题意可知，V,(mL)的油酸酒精溶液有VV滴， 比例减小，选项D正确。 则一滴油酸酒精溶液中纯油酸的体积为V= [变式2]BC解析由题图可知，②中速牵大的分子占据的比 NV -(ml),由 例较多，则说明②对应的平均速率较大，故②对应的温度较 d=长得d=sam,选项D正确。 V 高，所以①是氧气分子在0℃下的速率分布情况图像，选项 A错误：两种温度下，都是中等速率的氧气分子数所占的比 3.解析(1)“用油膜法估测分子大小”的实验步骤可简记为“配一 例大，呈现“中间多，两头少”的分布规律，选项B正确：温度 撒→滴→描→数→算”，由实验步骤可知，缺少的实验步骤是 升高使得氧气分子的平均速率增大，不是每一个氧气分子 待油酸薄膜形状稳定后 的逸率都增大，选项C正确：随着温度的升高，氧气分子中 (2)一滴油酸酒精溶液中含有的纯油酸的体积 速率大的分子所占的比例增大，选项D错误」 1 V=×1ml.=2x10ml. 【情境导学】 (3)根据题图中的轮廓可知油膜面积占114小格，则油膜的 答系气体压强等于大量气体分子在器壁单位面积上的平均作 面积S=456×10-+m, 用力，气体压强大小与气体分子的数密度和气体分子的平均速 则油酸分子的直径d=S=0X0m×=4X100m 率有关。 [例题3]D解析气体的压强在微观上与两个因素有关，一是 (4)水面上爽身粉撒得较多，油膜不能充分展开，则测量的面 气体分子的平均速率，二是气体分子的数密度，数密度或平 积S偏小，导致计算结果偏大， 均速率增大，都只强调问题的一方面，即平均速率增大或减 答察(1)待油酸薄膜形状稳定后(2)2×10 (3)4× 小的同时分子的数密度可能减小或增大，使得压强的变化 100(4)大 不能确定：同理，当分子的数密度增大时，分子的平均速率 第3节 分子运动速率分布规律 也可能诚小，气体的压强变化不能确定：综上所迷，选项A, BC错误，D正确. 课前·教材预案 [变式3]B解析压强不变，墙壁单位面积受到气体压力不 【教材梳理】 变，选项C错误：当温度升高时，气体体积增大，因此教室内 知识点一 的空气质量减少，教室体积不变，则空气密度减小，选项A 1.(1)必然(2)不可能(3)出现不出现(4)随机整体 错误：当天16：00与10：00相比教室内温度升高，空气分子 2.(1)匀速直线(2)任何一个方向相等 平均速率增大，选项B正确：教室内气体分子密度减小，又 知识点二 因为教室内气压不变，那么单位时间碰撞墙壁单位面积的 1.剧烈中间多、两头少多大 气体分子数减少，选项D错误 知识点三 1.撞击 课末·随堂演练 2.单位压力 1.BD解枥一定温度下的气体分子碰撞十分频紫，单个分子 3.(1)平均速率 大(2)数密度多大 运动杂乱无章，速率不等，但大量分子的运动遵从统计规律， 【白主检测】 速率很大和速率很小的分子数目相对较少，向各个方向运动 1.(1)√(2)×(3)×(4)× 的分子数目相等，选项A、C错误，B正确：温度升高时，大量 2.平均速率小于 分子平均速率增大，但个别或少量（如10个）分子的平均速 课堂·深度探究 率有可能减小，选项D正确. 【情境导学】 2.ACD解扬由题图可知，具有最大比例的速率区间，温度越 答案分子的运动是杂乱无章的，向各个方向运动的都有 高分子热运动越激烈，100℃时对应的速率400~500ms, [例题门ABC解析因气体分子间的距离较大，分子力可以忽 0℃时对应的速率300~400m's,说明虚线为100℃分布图 略，分子除碰撞外不受其他作用，故可在空间内自由移动， 像，对应的平均速率较大，实线对应气体分子平均速率较小 选项A正确：分子间不断的碰撞使分子的运动杂乱无章， 的情形，选项A正确：由题图可知，实线为0℃的分布图像， 且向各方向运动的机会均等，选项B、C正确：分子的运动 虚线为100℃的分布图像，气体温度越高，图线的峰值越低， 杂乱无章，某时刻一气体分子的向左运动，下一时刻它的运 选项B错误：由题图可知，0℃时300~400ms速率分布最 动方向并不能确定，选项D错误， 多，100℃时400~500m/s速率分布最多，所以图线反映了 ·172· 温度越高，分子的热运动越剧烈，选项C正确：由题图可知， 能最小但不为O,选项A错误：当分子间距离>。时，由图 气体分子在0℃和100℃温度下都满足“中间多，两头少”的 像可知随分子间距离的增大，分子力先增大后减小，选项B 规律，选项D正确 错误：当分子间距离>时，分子力为引力，分子间距离 3.A解析气体压强在数值上等于气体分子对器壁单位面积 增大时，分子引力微负功，则分子势能随分子间距离的增大 的撞击力，选项A正确，B错误：气体压强的大小与气体分子 而增大，选项C错误：当分子间距离时，分子间距离 的平均速率和气体分子密集程度均有关，选项C,D错误 逐渐减小，分子力越来越大，分子斥力做负功，则分子势能 第4节分子动能和分子势能 增加，选项D正确 【情境导学】 课前·教材预率 答系因为物体的分子在永不停息地做无规则运动，故物体 【教材梳理】 的内能不可能为零：在宏观上，物体的内能取决于物体所含 知识点一 物质的量、温度，体积和物态：在微观上，物体内能取决于物 1.热运动 体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离. 2.平均值 [例题3]A解析任何物体都具有内能，内能与物体的物质的 3.温度 量、温度、体积及物态都有关，选项A正确：体积相同的同 知识点二 种气体，若温度，压强不同，它们的内能不一定相等，选项B 1.路径分子势 错误：内能的大小与物体宏观的速度大小无关，选项C错 2.(1)引力增加(2)斥力增加(3)小 误：内能与物体的物质的量、温度、体积及物态都有关，温度 3.(1)体积(2)距离 高的物体比温度低的物体的分子平均动能大，但内能不一 知识点三 定大，选项D错误. 1.热运动 分子 [变式3]BD解析物体的内能与物质的量，体积和温度有关， 2.热运动 质量相等的不同种类的物体，物质的量不一定相等，所以质 3.(1)物质的量 (2)温度(3)体积物质的量 温度 体积 量、温度、体积都相等的物体的内能不一定相等，选项A错 【自主检测】 误：内能与温度、体积、物质的量有关，内能不同的物体，温 1.(1)×(2)× (3)√(4)/ 度可能相同，它们分子热运动的平均动能可能相同，选项B 2答室大大 正确：分子势能与物体的机械运动无关，被举高只是重力势 课堂·深度探穷 能增大，分子势能不一定变化，选项C错误：温度高则分子 【情境导学】 平均动能大，但内能的大小不仅要看分子平均动能，还要看 答系腌制咸菜时，温度较低，食盐分子运动的平均速率低，需 分子数目和分子势能，所以内能不一定大，选项D正确. 要较长时间才能扩散到菜的内部使菜变咸：炒菜时，温度较高， 课末·随堂演练 食盐分子运动的平均速率较大，很快就能扩散进菜里面使菜 1.A解析温度相同，物体分子的平均动能相同，选项A正确； 变咸 分子动能是由于分子无规则运动而具有的动能，选项B错 [例题1]AB解析温度相同，物体分子的平均动能相同，选项 误：物体内能是对大量分子而言的，对100个分子毫无意义， A正确：分子动能指的是由于分子做无规则热运动而具有 选项C错误：温度高的物体分子平均速率大，但不表示温度 的能，选项B正确：物体温度是对大量分子而言的，对于10 高的物体每一个分子的运动速率都大，有的分子的运动速率 个分子无意义，选项C错误：温度低的物体分子的平均运动 小于温度低的物体，选项D错误 速率小（和同物质），但具体到每一个分子的运动速率是不 2.AC解析当分子间作用力表现为斥力时，分子间距离越小， 确定的，可能大于平均速率，也可能小于平均速率，选项D 分子势能越大，选项A正确：当分子间作用力表现为引力 错误， 时，分子间距离减小，引力做正功，分子势能减小，因此分子 [变式1门B解析某物体温度是0℃，物体中分子的平均动能 间距离越小，分子势能越小，选项B错误：当物体的体积发生 并不为零，因为分子在永不停息地做无规则运动，逃项A 变化时，分子间距离便发生变化，则分子势能随之发生变化， 错误：温度是分子热运动平均动能的标，志，温度越高的物 分子势能是随物体的体积变化而变化的，选项C正确：物体 体，分子的平均动能越大，但由于分子的质量不一定相同， 热胀冷缩时，其温度发生变化，分子的平均动能改变，同时物 则分子平均速率不一定大，选项B正确，C错误：物体内分 体的体积发生变化，则分子势能也应玫变，选项D错误 子无规则热运动的速度与机械运动的速度无关，物体的运 3.AC解析由题图可知，分子间距离为时，分子势能最小， 动速度越大，不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，所以 分子距离趋于无穷远时，分子势能并不是最小，选项C正确， 物体的温度不一定越高，选项D错误。 D错误：由题图可知，当r小于r。时，随着r的减小，分子势 【情境导学】 能逐渐增大，当r大于r。时，随着r的增大，分子势能逐渐增 答案存在分子势能：分子势能的变化与分子之间的相对位 大，即当r<时，r越小，则分子势能E越大，当r>时， 置有关 越大，则分子势能E越大，选项A正确，B错误. [例题2]B解析在>阶段，F为引力，相互接近过程中，F 4.A解析物体的机械能可以为零，但内能永远不为零，选项 做正功，分子动能增大，分子势能减小，选项A错误：在< A正确：物体的内能与物体的分子数目、温度，体积及状态都 n阶段，F为斥力，相互接近过程中，F做负功，分子动能减 有关系，故温度相同、质量相同的物体不一定具有相同的内 小，分子势能增大，选项B正确，C错误：由于在r>阶段， 能，物体的温度越高，内能不一定越大，选项B、C错误 分子势能减小，在r<阶段，分子势能增大，则在r= 0℃的冰比等质量的0℃的水的体积大，分子间距离大，则 时，分子势能最小，且一定小于0，动能最大，选项D错误 分子势能小，又因为温度相同，分子动能相同，所以0℃的冰 [变式2]D解析当分子间距离为时，分子力为0，分子势 的内能比等质量的0℃的水的内能小，选项D错误。 ·173·