第1章 3 分子运动速率分布规律(课件PPT)-【精讲精练】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

第一章　分子动理论 3　分子运动速率分布规律 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 预习案 必备知识·问题导学 01 探究案 关键能力·互动探究 02 知能达标训练 04 提升案 随堂演练·基础落实 03 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 01 预习案 必备知识·问题导学 栏目导航 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 必然 不可能 可能不 随机事件 栏目导航 第一章　分子动理论 1 匀速直线 杂乱无章 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 温度 中间多、两头少 增大 速率大 越剧烈 栏目导航 第一章　分子动理论 1 碰撞 平均速率 数密度 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 平均动能 小于 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 02 探究案 关键能力·互动探究 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 03 提升案 随堂演练·基础落实 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 栏目导航 第一章　分子动理论 1 04 知能达标训练 栏目导航 栏目导航 第一章　分子动理论 1 谢谢观看 栏目导航 第一章　分子动理论 1 [学业要求] 1．初步了解什么是统计规律。 2．理解气体分子运动的特点。 3．能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义。 一、随机性与统计规律 阅读教材，并回答： 阅读节首“问题”： 观察“伽尔顿板落球”实验。 (1) 从顶部入口投入一个小球，你能确定小球落入哪个狭槽吗？ (2) 如果投入大量的小球，结合生活经验，猜想小球落入狭槽后，每个槽内最高的小球上边缘连线会形成怎样的图案？试在右图中画出你的猜想。为什么这样画？你有怎样的依据？ (3)重复实验是否可以得到相同的规律？ (4)如果将小球的入口向左平移，是否可以得到是相同的规律？ 答案：(1)不能　(2)见教材　(3)可以　(4)可以 [概念·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：在一定条件下可能出现，也__________出现的事件。 4．统计规律：大量____________的整体表现出的规律。 二、气体分子运动的特点 特点 内容 自由性 气体分子间距离比较大，分子间的作用力很弱，除相互碰撞或者跟器壁碰撞外，可以认为分子不受力而做____________运动，因而气体会充满它能达到的整个空间 无序性 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，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，而且向着各个方向运动的分子数目都几乎相等 三、分子运动速率分布图像 1．图像如图所示。 2．规律：在一定________下，不管个别分子怎样运动，气体的多数分子的速率都在某个数值附近，表现出“__________________”的分布规律。当温度高时，“中间多两头少”的分布规律不变，气体分子的速率________，分布曲线的峰值向__________的一方移动。 3．温度越高，分子的热运动__________。 说明：温度升高不是每个分子的速率都变大，而是速率大的占的百分比变大。 四、气体压强的微观解释 1．气体对容器的压强是大量气体分子对容器的________引起的。 2．影响气体压强的两个因素 (1)气体分子的____________。 (2)分子的__________。 1．下列说法正确的是(　　) A．气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大 B．温度相同时，各种气体分子的平均速度都相同 C．密闭容器中气体的压强是由于分子间的相互作用力而产生的 D．气体分子的平均动能越大，分子越密集，气体压强越大 答案　D 2．密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大。从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的____________增大了。该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图像如图所示，则T1________(选填“大于”或“小于”)T2。 探究点一　对气体分子运动特点的理解 [交流讨论] 观察氧气分子的速率分布表和氧气分子的速率分布曲线图，思考并回答下列问题。 氧气分子的速率分布 速率区间v/(m·s－1) 不同温度下各速率区间的分子数占总分子数的百分比 0 ℃ 100 ℃ v≤100 1.4% 0.7% 100<v≤200 8.1% 5.4% 200<v≤300 17.0% 11.9% 300<v≤400 21.4% 17.4% 400<v≤500 20.4% 18.6% 500<v≤600 15.1% 16.7% 600<v≤700 9.2% 12.9% 700<v≤800 4.5% 7.9% 800<v≤900 2.0% 4.6% 900<v 0.9% 3.9% 氧气分子的速率分布曲线 (1)由氧气分子速率分布曲线图可以发现，氧气分子的速度分布具有什么特点？ (2)由表可得如图所示的0 ℃氧气分子的速率分布直方图，实验时速率区间取得越窄，图中整个直方图锯齿形边界就越接近一条光滑曲线，该曲线有何意义？曲线与横坐标所围的面积代表什么意义？能否求得该面积的值？ 答案：(1)由图可以看到0 ℃和100 ℃氧气分子的速率分布都呈现“中间多、两头少”的分布规律，但这两个温度下具有最大比例的速率区间是不同的，0 ℃时300<v≤400的分子最多，100 ℃时400<v≤500的分子最多，100 ℃的氧气，速率大的分子比例较多，其分子的平均速率比0 ℃的大。 (2)该曲线体现的是0 ℃氧气分子在不同速率分子数目的分布情况，即氧气分子速率分布情况，曲线与横坐标所围面积为所有速率区间的分子数占气体总分子数的比例，故该面积的值为1。 2．完成本节教材“练习与应用”第2题 。 [归纳总结] 1．对统计规律的理解 (1)个别事物的出现具有偶然因素，但大量事物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。 2．气体分子运动的特点 (1)气体分子之间的距离很大，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，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都相等，即气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等。 (3)每个气体分子都在永不停息地做无规则运动，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。 3．气体温度的微观意义 (1)温度越高，分子的热运动越激烈。 (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，对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)。 (3)理想气体的热力学温度T与分子的平均动能eq \x\to(E)k成正比，即T＝ aeq \x\to(E)k(式中a是比例常数)，这表明，温度是分子平均动能的标志。 　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，其中符合统计规律的是(　　) [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，且大量气体分子的速率分布呈现“两头少、中间多”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。 [答案]　A (多选)容积不变的容器内封闭着一定质量的理想气体，当温度升高时(　　) A．每个气体分子的速率都增大 B．单位时间内气体分子撞击单位面积器壁的次数增多 C．气体分子密度增大 D．气体分子在单位时间内，作用于器壁的作用力增大 解析　气体温度升高时，气体分子的热运动加剧，这是大量分子热运动的集中体现，但对单个分子而言，讨论它的温度与速率之间的联系是没有意义的，故选项A错误；理想气体的温度升高，分子的热运动加剧，使分子每秒钟内与单位面积的器壁碰撞的次数增多，因分子平均动能增加，所以分子在单位时间内对器壁的作用力也增大，故选项B、D正确；因气体质量不变，体积不变，所以气体分子的密度不变，故选项C错误。 答案　BD ●核心素养·思维升华 　　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。 1．夏天开空调，冷气从空调中吹进室内，则室内气体分子的(　　) A．热运动剧烈程度加剧 B．平均动能变大 C．每个分子速率都会相应地减小 D．速率小的分子数所占的比例升高 解析　冷气从空调中吹进室内，室内温度降低，分子热运动剧烈程度减小，分子平均动能减小，即速率小的分子数所占的比例升高，但不是每个分子的速率都减小，D正确。 答案　D 2．下图是氧气分子在不同温度(0 ℃和100 ℃)下的速率分布，eq \f(ΔN,N)是分子数所占的比例。由图像信息可得到的正确结论是(　　) A．同一温度下，速率大的氧气分子数所占的比例大 B．温度升高使得每一个氧气分子的速率都增大 C．温度越高，一定速率范围内的氧气分子所占的比例越小 D．温度升高使得速率较小的氧气分子所占的比例变小 解析　同一温度下，中等速率的氧气分子数所占的比例大，A错误；温度升高使得氧气分子的平均速率增大，B错误；温度越高，一定速率范围内的氧气分子所占的比例有高有低，C错误；温度升高使得速率较小的氧气分子所占的比例变小，D正确。 答案　D 探究点二　气体压强的微观意义 [交流讨论] 1．从分子动理论观点分析，为什么气体对容器的器壁产生压强？ 答案：分子持续不断的撞击器壁，对器壁产生持续、稳定的作用力。 2. 如图所示，一质量为m，速度为v的气体分子与器壁发生弹性正碰，若经Δt时间原速率返回，则气体分子对器壁产生多大的冲击力？ 答案：见教材 3．从微观角度分析：什么因素会影响容器中气体的压强？ 答案：分子的数密度，分子的平均速率。 [归纳总结] 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，就会对器壁产生持续、均匀的压力，所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是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 (1)微观因素 ①气体分子的数密度：气体分子数密度(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：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：温度越高，气体的压强越大。 ②与体积有关：体积越小，气体的压强越大。 3．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密集程度一般很小，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大小由气体分子的密集程度和温度决定，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大气压强最终还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 　(2023·北京卷)夜间由于气温降低，汽车轮胎内的气体压强变低。与白天相比，夜间轮胎内的气体(　　) A．分子的平均动能更小 B．单位体积内分子的个数更少 C．所有分子的运动速率都更小 D．分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大 [解析]　夜间气温低，分子的平均动能更小，但不是所有分子的运动速率都更小，故A正确，C错误；由于汽车轮胎内的气体压强变低，轮胎会略微被压瘪，则单位体积内分子的个数更多，分子对轮胎内壁单位面积的平均作用更小，B、D错误。 [答案]　A ●核心素养·思维升华 气体压强问题的解题思路 (1)明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁持续的碰撞，压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力； (2)明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能； (3)只有明确了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化。 3．对一定质量的气体，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 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，选项A和D都是单位体积内的分子数增大，但分子的平均速率如何变化却不知道；对选项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，所以选项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，所以选项B是正确的。 答案　B 1．(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是(　　) A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大 B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变 C．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数一定增加 D．若气体的压强不变而温度降低，则单位体积内分子个数可能不变 解析　单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都增大，因此这时气体压强一定增大，故A项正确，B项错误；若气体的压强不变而温度降低，则气体分子热运动的平均动能减小，则单位体积内分子个数一定增加，故C项正确，D项错误。 答案　AC 2．(多选)汽缸内封入一定质量的气体，若使其减小体积，降低温度，关于压强变化的判断，下列说法正确的是(　　) A．一定增大 B．一定减小 C．可能增大，也可能减小 D．可能不变 解析　由于气体压强的大小与温度和气体的分子密度有关，体积减小，使分子密度增大，但温度降低，又使分子的平均速率减小，对气体压强的影响程度无法确定，故A、B错误，C、D正确。 答案　CD 3．对于封闭在大型气罐内的氧气对器壁的压强，下列说法正确的是(　　) A．由于分子向上运动的数目多，因此上部器壁的压强大 B．气体分子向水平方向运动的数目少，则侧壁的压强小 C．由于氧气的重力会对下部器壁产生一个向下的压力，因此下部器壁的压强大 D．气体分子向各个方向运动的可能性相同，撞击情况相同，器壁各处的压强相等 解析　由于气体对器壁的压强是大量分子对器壁撞击的宏观表现，而气体分子向各个方向运动的可能性相等。因此，器壁各处的压强相等，由此知，A、B、C错误，D正确。 答案　D $$