第1章 3 分子运动速率分布规律-【优化探究】2025-2026学年新教材高中物理选择性必修第三册同步导学案配套PPT课件（人教版）

3　分子运动速率分布规律 第一章　分子动理论 [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(重点)。2.掌握分子运动速率分布图像,能用分子动理论解释气体压强的微观意义(重难点)。 课时作业 巩固提升 要点1　气体分子运动的特点 要点2　分子运动速率分布图像 要点3　气体压强的微观解释 内容索引 要点1　气体分子运动的特点 一 4 梳理 必备知识 自主学习 1.统计规律 (1)必然事件:在一定条件下,　　　出现的事件。  (2)不可能事件:在一定条件下,　　　　出现的事件。  (3)随机事件:在一定条件下　　　出现,也　　　不出现的事件。  (4)统计规律:大量　　　事件的整体表现出的规律。  必然 不可能 可能 可能 随机 2.气体分子运动的特点 (1)气体分子间距离比较大,分子间的作用力很弱,除了相互碰撞或跟器壁碰撞外,可以认为分子不受力而做　　　　　运动,因而气体能充满它能达到的整个空间。  (2)分子之间频繁地发生碰撞,使每个分子的速度大小和方向频繁地改变。 (3)分子的运动　　　　　,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分子数目几乎　　　。  匀速直线 杂乱无章 相等 [思考与讨论] 图中的玻璃容器内封闭着大量的气体,对于其中的一个气体分子而言,其运动是否有规律可循?是否会出现所有气体分子均向右运动的现象? 提示:没有;不会。 1.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,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无规则的,具有偶然性,但从总体来看,大量分子的运动却有一定的规律。 归纳 关键能力 合作探究 2.气体的微观结构特点 (1)气体分子间的距离较大,大于10r0(10-9 m),气体分子可看成质点。 (2)气体分子间的分子力很微弱,通常认为气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外,不受其他力的作用。 3.气体分子运动的特点 (1)大量气体分子做无规则热运动,因此,分子之间频繁地碰撞,每个分子的速度大小和方向频繁地改变。 (2)分子的运动杂乱无章,使得分子在各个方向运动的机会均等,即向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 [例1]　(多选)大量气体分子运动的特点是(　 　) A.分子除了相互碰撞或跟容器壁碰撞外,还可在空间内自由移动 B.分子间的频繁碰撞致使它做杂乱无章的运动 C.分子沿各方向运动的机会均等 D.某时刻某一气体分子向左运动,则下一时刻它一定向右运动 ABC [解析]　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力的作用,故可在空间内自由移动,A正确;分子间的频繁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;分子的运动杂乱无章,某时刻某一气体分子向左运动,下一时刻它的运动方向并不能确定,故D错误。 名师点评 气体分子的运动是杂乱无章、无规则的,研究单个的分子无实际意义,我们研究的是大量分子的统计规律。 二 要点2　分子运动速率分布图像 14 1.气体分子的速率分布图像如图所示[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],气体分子速率呈“　　　　、 　　　　”的分布。当温度升高时,某一分子在某一时刻的速率 　　　　(选填“一定”或“不一定”)增大,但大量分子的平均速率 　　　(选填“一定”或“不一定”)增大,即随着温度升高,分布曲线的峰值向　　　　的方向移动。  梳理 必备知识 自主学习 中间多 两头少 不一定 一定 速率大 2.从气体分子的速率分布图像直观地体会到温度越高,分子的热运动越　　 　。  剧烈 [思考与讨论] 气体的温度升高时,所有气体分子的速率都增大吗?气体的温度降低时,所有气体分子的速率都减小吗? 提示:温度升高时,气体分子的平均速率增大,绝大多数分子的速率增大,少数分子的速率减小。温度降低时,气体分子的平均速率减小,绝大多数分子的速率减小,少数分子的速率增大。对于某个气体分子来说,其速率大小是时刻在变化的,无法确定是增大还是减小。 1.大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”的规律,当温度升高时,“中间多”这一高峰向速率大的一方移动,分子的平均速率增大,分子的热运动更剧烈。 2.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。 3.温度越高时速率大的分子所占据的百分比越大。 归纳 关键能力 合作探究 [例2]　(多选)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的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两条曲线所示。下列说法正确的是(　　) A.图中两条曲线下面积相等 B.图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形 C.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 D.与0 ℃时相比,100 ℃时氧气分子速率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大 AB [解析]　根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线的意义可知,题图中两条曲线下面积(表示总的氧气分子数)相等,选项A正确;题图中实线占百分比较大的分子速率较大,温度较高,可知实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形,选项B正确;根据分子速率分布图像可知,题图中曲线给出的是任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比,不能得出任意 速率区间的氧气分子数目,选项C错误;由分子速率 分布图像可知,与0 ℃时相比,100 ℃时氧气分子速 率出现在0~400 m/s区间内的分子数占总分子数的 百分比较小,选项D错误。 [例3]　某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示,图中f(v)表示速率v附近单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比,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 [解析]　气体温度越高,分子热运动越剧烈,分子热运动的平均速率越大,且分子速率分布呈现“中间多、两头少”的特点。温度越高时速率大的分子所占据的比例越大,分子速率分布图线越宽、越平缓,显然从题图中可看出TⅢ>TⅡ>TⅠ,故B正确。 [针对训练]　1.如图是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图,横坐标表示速率,纵坐标表示某一速率区间内的分子数占总分子数的百分比。由图可知(　　) A.同一温度下,氧气分子呈现“中间多,两头少” 的分布规律 B.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大 C.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例增大 D.①状态的温度比②状态的温度高 A 解析:同一温度下,中等速率的氧气分子数所占的比例大,即氧气分子呈现“中间多,两头少”的分布规律,故A正确;温度升高使得氧气分子的平均速率增大,不一定每一个氧气分子的速率都增大,故B错误;随着温度的升高,氧气分子中速率大的分子所占的比例增大,从而使分子平均速率增大,故C错误;由题图可知,②中速率大的分子占据的比例较大,则说明②对应的平均速率较大,故②对应的温度较高,故D错误。 三 要点3　气体压强的微观解释 25 1.气体压强的大小:等于气体作用在器壁单位面积上的　　　。  2.产生原因:大量气体分子对器壁的碰撞引起的。 3.决定气体压强的微观因素 (1)若某容器中气体分子的平均速率越大,单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就　　　。  (2)若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　　　。  梳理 必备知识 自主学习 压力 越大 较大 [思考与讨论] 从宏观上看,一定质量的气体体积不变,仅温度升高或温度不变仅体积减小都会使压强增大。从微观上看,这两种情况有没有区别? 提示:一定质量的气体的压强是由单位体积内的分子数和气体的温度决定的。气体温度升高,气体分子运动加剧,分子的平均速率增大,分子撞击器壁的作用力增大,故压强增大。气体体积减小时,虽然分子的平均速率不变,分子对容器的撞击力不变,但单位体积内的分子数增多,单位时间内撞击器壁的分子数增多,故压强增大。所以这两种情况下在微观上是有区别的。 1.气体压强的产生 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的,但是大量分子频繁地碰撞器壁,就对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看,气体的压强在数值上等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 归纳 关键能力 合作探究 2.决定气体压强大小的因素 (1)微观因素 ①气体分子的数密度:气体分子的数密度(即单位体积内气体分子的数目)越大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,气体压强就越大。 ②气体分子的平均速率:气体的温度越高,气体分子的平均速率就越大,每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)对器壁的冲力就越大;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,累积冲力就越大,气体压强就越大。 (2)宏观因素 ①与温度有关:气体体积不变时,温度越高,气体的压强越大。 ②与体积有关:气体温度不变时,体积越小,气体的压强越大。 3.密闭气体压强与大气压强的不同 (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,大小由气体的分子数密度和温度决定,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。 [例4]　(多选)关于气体压强的产生,下列说法正确的是(　 　) A.气体的压强是大量气体分子对器壁频繁、持续地碰撞产生的 B.气体对器壁产生的压强等于大量气体分子作用在单位面积器壁上的平均作用力 C.气体的温度越高,每个气体分子与器壁碰撞的冲力越大 D.气体压强的大小跟气体分子的平均速率和分子密集程度有关 ABD [解析]　气体对容器的压强是大量气体分子对器壁频繁碰撞产生的,等于大量气体分子作用在单位面积器壁上的平均作用力,故A、B正确;气体的温度越高,分子平均速率越大,但不是每个气体分子的速率都越大,也不是每个气体分子与器壁碰撞的冲力都越大,故C错误;气体压强的大小跟气体分子的平均速率和分子的密集程度有关,故D正确。 [例5]　(多选)以下说法正确的是(　　) A.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,分子平均每次撞击器壁的作用力增大,气体的压强却不一定增大 B.气体的体积变小时,单位体积的分子数增多,单位时间内打到单位面积器壁上的分子数增多,气体的压强一定增大 C.压强增大是因为分子间斥力增大 D.压强增大是因为单位面积上气体分子对器壁的作用力增大 AD [解析]　气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,分子平均每次撞击器壁的作用力增大,如果气体体积增大,则气体的压强不一定增大,故A正确;气体的体积变小时,单位体积的分子数增多,单位时间内打到单位面积器壁上的分子数增多,如果温度降低,气体的压强不一定增大,故B错误;密闭气体压强是分子撞击产生的,所以压强增大是气体分子对单位面积器壁的撞击力变大造成的,另外,气体分子间距较大,分子间作用力几乎为零,故C错误,D正确。 [针对训练]　2.一定质量的气体,经等温压缩,气体的压强增大。用分子动理论的观点分析,这是因为(　　) A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大 B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数减少 C.气体分子的总数增加 D.单位体积内的分子数目增加 D 解析:气体经历等温压缩,温度是分子热运动平均速率的标志,温度不变,分子热运动平均速率不变,故气体分子每次碰撞器壁的平均冲力不变,故A错误;气体经历等温压缩,气体的体积减小,分子数密度增加,故单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多,故B错误;气体质量一定,则分子总数是一定的,气体的体积减小,单位体积内的分子数目增加,故C错误,D正确。 3.关于密闭容器中气体的压强,下列说法正确的是(　　) A.气体压强是由气体分子相互作用产生的 B.气体压强是由气体分子碰撞容器壁产生的 C.气体压强是由气体的重力产生的 D.气体温度越高,压强就一定越大 B 解析:气体的压强是由容器内的大量分子撞击器壁产生的,A、C错误,B正确;气体的压强受温度、体积影响,温度升高,若体积变大,压强不一定增大,D错误。 四 课时作业 巩固提升 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 [A组　基础巩固练] 1.(多选)下列关于气体分子速率分布的说法正确的是(　 　) A.分子的速率大小与温度有关,温度越高,所有分子的速率都越大 B.分子的速率大小与温度有关,同一种气体温度越高,分子的平均速率越大 C.气体分子的速率分布总体呈现出“中间多、两头少”的正态分布特征 D.气体分子的速率分布遵循统计规律,适用于大量分子 BCD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:分子的速率大小与温度有关,温度越高,分子运动的平均速率越大,并非所有分子的速率都越大,A错误,B正确;大量气体分子的速率分布遵循统计规律,呈现“中间多,两头少”的分布特征,C、D正确。 2.关于气体分子的运动情况,下列说法正确的是(　　) A.某一时刻具有任意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都是偶然的 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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:具有不同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项错误;由于分子之间频繁地碰撞,分子随时都会改变自己的运动状态,因此在某一时刻,一个分子速度的大小和方向都是偶然的,故B项正确;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项错误。 3.下图描绘的是一定质量的氧气分子分别在0 ℃和100 ℃两种情况下速率分布的情况,符合统计规律的是(　　) 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:气体温度越高,分子热运动越剧烈,分子热运动的平均速率越大,分子速率分布呈现“中间多、两头少”的特点,温度高时速率大的分子所占据的比例大,所以A正确。 4.如图所示,元宵佳节,室外经常悬挂红灯笼烘托喜庆的气氛。若忽略空气分子间的作用力,大气压强不变,当灯笼里的蜡烛燃烧一段时间后,灯笼内的空气(　　) A.分子密集程度增大 B.分子的平均速率不变 C.压强不变,体积增大 D.单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数减少 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:蜡烛燃烧后,灯笼内温度升高,部分气体分子将从灯笼内部跑到外部,所以灯笼内分子总数减少,故分子密集程度减小,故A错误;灯笼内温度升高,分子的平均速率增大,故B错误;灯笼始终与大气连通,压强不变,灯笼内气体体积也不变,故C错误;温度升高,气体分子的平均速率增大,分子对器壁碰撞的平均作用力增大,而气体压强不变,所以单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数减少,故D正确。 5.关于一定质量的气体,下列叙述正确的是(　　) A.如果体积减小,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 B.当温度一定时,如果压强增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 C.如果温度升高,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 D.如果分子的数密度增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数,是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的,A和D都是单位体积内的分子数增多,但分子的平均速率如何变化却不知道;对C,由温度升高可知分子的平均速率增大,但单位体积内的分子数如何变化未知,所以A、C、D都不正确。当温度一定时,气体分子的平均速率一定,此时气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表现,所以B正确。 6.关于气体压强的理解,下列说法错误的是(　　) A.将原先敞口的瓶子密闭后,由于瓶内气体重力太小,它的压强将远小于外界大气压强 B.气体压强是由气体分子不断撞击器壁而产生的 C.气体压强取决于单位体积内气体的分子数及其平均速率 D.单位面积器壁受到气体分子碰撞产生的平均压力在数值上等于气体压强的大小 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:密闭气体的压强和气体重力无关,将原先敞口的瓶子密闭后,它的压强仍然等于外界的大气压强,故A错误;气体的压强源于气体分子无规则的热运动,是大量的气体分子频繁地碰撞器壁而产生的,故B正确;气体压强取决于分子的数密度(单位体积内气体的分子数)与分子的平均速率,故C正确;根据公式p=可知,单位面积器壁受到气体分子碰撞的平均压力在数值上等于气体压强的大小,故D正确。本题选错误的,故选A。 7.某同学记录2024年3月10日教室内温度如下: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 时刻 6:00 9:00 12:00 15:00 18:00 温度 12 ℃ 15 ℃ 18 ℃ 23 ℃ 17 ℃ 教室内气压可认为不变,则当天9:00与15:00相比,下列说法正确的是(　　) A.教室内所有空气分子速率均增大 B.教室内空气密度增大 C.教室内单位体积内的分子个数一定增加 D.单位时间碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 D 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:温度升高,则空气分子的平均速率增大,但并不是所有空气分子速率均增大,故A错误;温度升高,分子的平均速率增大,又教室内气压不变,则气体分子的密集程度变小,即教室内空气密度减小,单位体积内分子数减少,那么单位时间内碰撞墙壁单位面积的气体分子数一定减少,故B、C错误,D正确。 [B组　综合强化练] 8.如图所示为模拟气体压强产生机理的实验,在一定时间内将100颗豆粒从秤盘上方20 cm高度处均匀连续倒在秤盘上,观察指针摆动情况。关于该实验,下列说法正确的是(　　) A.仅将释放位置升高,指针示数不变 B.仅将释放位置升高,可模拟温度升高对气体压强的影响 C.仅增加豆粒数量,可模拟温度降低对气体压强的影响 D.仅增加豆粒数量,可模拟体积增大对气体压强的影响 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:仅将释放位置升高,则豆粒到达秤盘上的速度变大,即豆粒到达秤盘后的动量变化量变大,由动量定理有Ft=Δp,所以其作用力变大,即指针示数变大,故A项错误;仅将释放位置升高,豆粒到达秤盘的速度变大,即气体分子的速率变大,所以可模拟温度升高对气体压强的影响,故B项正确;仅增加豆粒的数量,即气体分子的密度增加,所以可模拟体积减小对气体压强的影响,故C、D错误。 9.如图所示,有两个完全相同的圆柱形密闭容器,甲中恰好装满水,乙中充满空气,则下列说法正确的是(容器容积恒定)(　　) A.两容器中器壁的压强都是由分子撞击器壁而产生的 B.两容器中器壁的压强都是由所装物体的重力而产生的 C.甲容器中pA>pB,乙容器中pC=pD D.当温度升高时,pA、pB变大,pC、pD也要变大 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 C 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:甲容器中压强产生的原因是液体受到重力的作用,而乙容器中压强产生的原因是分子撞击器壁,A、B错误;液体的压强p=ρgh,hA>hB,可知pA>pB,而密闭容器中气体压强各处均相等,与位置无关,故pC=pD,C正确;当温度升高时,pA、pB不变,而pC、pD增大,D错误。 10.下面的表格是某年某地区1~6月份的气温与大气压对照表: 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 月份 1 2 3 4 5 6 平均气温/℃ 1.4 3.9 10.7 19.6 26.7 30.2 平均大气压/(×105 Pa) 1.021 1.019 1.014 1.008 1.003 0.998 4 根据表中数据可知,该年该地区从1月份到6月份(　　) A.空气分子热运动的剧烈程度呈减弱的趋势 B.速率大的空气分子所占比例逐渐增加 C.单位时间对单位面积的地面撞击的空气分子数呈增加的趋势 D.单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量呈增加的趋势 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 B 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:该年该地区从1月份到6月份平均气温逐渐升高,所以空气分子热运动的剧烈程度呈增强的趋势,A错误;平均气温逐渐升高,速率大的空气分子所占比例逐渐增加,B正确;平均大气压逐渐减小,单位时间对单位面积的地面撞击的空气分子数呈减少的趋势,C错误;平均大气压逐渐减小,单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量呈减弱的趋势,D错误。 11.(多选)x、y两容器中装有相同质量的氦气,已知x容器中氦气的温度高于y容器中氦气的温度,但压强却低于y容器中氦气的压强。由此可知( 　　) A.x中氦气分子的平均速率一定大于y中氦气分子的平均速率 B.x中每个氦气分子的速率一定都大于y中每个氦气分子的速率 C.x中速率大的氦气分子数一定多于y中速率大的氦气分子数 D.x中氦气分子的热运动一定比y中氦气分子的热运动剧烈 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ACD 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:温度越高,分子的平均速率越大,但对于一个氦气分子来说并不一定成立,A正确,B错误;分子的速率遵从统计规律,即“中间多,两头少”,温度较高时,速率大的分子数一定多于温度较低时速率大的分子数,C正确;温度越高,分子的热运动越剧烈,D正确。 [C组　培优选做练] 12.在分子动理论中,将气体分子抽象为无引力的弹性质点。现有一束气体分子射向一个静止的光滑平壁,假定与平壁碰撞前分子束中的分子速度大小和方向均相同,且速度方向与平壁垂直,碰后均原速率反弹。已知每个分子质量为m,分子速率为v,分子数密度为n,则平壁受到的压强为(　　) A.2nmv2　　　　　　　 B.nmv2 C.nmv2 D.nmv2 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 A 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 解析:根据分子数密度为n可知,单位体积内撞向光滑平壁单位面积气体分子的个数为n。设所有气体分子与光滑平壁相互作用力大小为F,单位体积气体撞向光滑平壁的时间为t=,对所有气体分子应用动量定理有Ft=nmv-(-nmv),联立解得F=2nmv2,所以光滑平壁单位面积受到的压强为p==2nmv2,故选A。 $$