1.3 分子运动速率分布规律（课件PPT）-【优化指导】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2019）

分子动理论 第3节　分子运动速率分布规律 第一章 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 物理观念 科学思维 科学探究 科学态度与责任 1.了解什么是统计规律。 2.理解气体分子运动的特点及气体分子运动速率分布的统计规律。 　　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。 　　模拟气体压强产生的机理实验，通过类比发现气体压强作用的本质。 　　让学生体会气体宏观性质、规律是由气体分子运动和相互作用的微观本质决定的，培养学生热爱科学的态度。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 一、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：在一定条件下可能出现，也可能______的事件。 4．统计规律：大量________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。→个别事件出现具有偶然性，大量事件出现具有规律性 必备知识 自主学习 必然 不可能 不出现 随机事件 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 二、气体分子运动的特点 1．气体分子间距离大约是分子直径的______。通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力的作用，而做匀速直线运动。 2．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。 必备知识 自主学习 10倍 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 三、分子运动速率分布图像 温度越高，分子的热运动越____。大量气体分子的速率呈“______________”的规律分布。当温度升高时，速率大的分子比例比较__，平均速率较__。 四、气体压强的微观解释 1．气体压强的产生原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果。 2．气体的压强：器壁____面积上受到的____。 必备知识 自主学习 剧烈 中间多、两头少 多 大 单位 压力 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 3．微观解释 (1)某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越__。 (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__，平均作用力也会较__。 必备知识 自主学习 大 多 大 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ (物理与生活)爆米花是大家都爱吃的零食。制作时在加热密闭的爆米花机的过程中，锅内压强升高，突然打开爆花锅的顶盖，米粒爆开。 判断下列说法的正误。(对的画“√”，错的画“×”) (1)爆米花机内气体的体积等于气体分子体积的总和。(　　　) (2)给爆米花机加热使其温度升高时，每个空气分子运动都加快。(　　　) 必备知识 自主学习 × × 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ (3)爆米花机中气体的压强是由分子间的相互作用力而产生的。(　　　　) (4)爆米花机内密封一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，则压强增大。(　　　　) 必备知识 自主学习 × √ 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ (1)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？ (2)气体分子间的作用力很小，若没有分子力作用，气体分子将处于怎样的自由状态？ (3)温度不变时，每个分子的速率都相同吗？温度升高，所有分子的运动速率都增大吗？ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 【例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 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 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，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 一定温度下某种气体分子碰撞十分频繁，单个分子运动杂乱无章，速率不等，但大量分子的运动遵从统计规律，向各个方向运动的分子数目几乎相等，A、D错误，B、C正确。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 1．温度越高，分子热运动越剧烈。 2．气体分子的速率呈“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)。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例2】 (多选)如图是氧气分子在不同温度(0 ℃和100 ℃)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，氧气分子呈现出“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．温度越高，氧气分子热运动的平均速率越大 关键能力 互动探究 AD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 同一温度下，中等速率的氧气分子数所占的比例大，即呈现出“中间多，两头少”的分布规律，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，B错误，D正确；温度越高，氧气分子中速率小的分子所占的比例越小，C错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ [练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．图中虚线对应于氧气分子的平均速率较小的情形 C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形 D．与0 ℃时相比，100 ℃时速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大 关键能力 互动探究 ABC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 曲线下面积表示总分子数，所以两条曲线下面积相等，A正确；气体温度越高，分子无规则运动越剧烈，分子的平均速率越大，大速率的分子所占的百分比越大，故虚线对应的温度较低，B、C正确；由题图中0～400 m/s区间图线下的面积可知，0 ℃时速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大，D错误。 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ (1)如图甲所示，密闭容器内封闭一定质量的气体，气体的压强是由气体分子间的斥力产生的吗？ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ (2)把一颗豆粒拿到台秤上方约10 cm的位置，放手后使它落在秤盘上，观察秤的指针的摆动情况。如图乙所示，再从相同高度把100粒或更多的豆粒连续地倒在秤盘上，观察指针的摆动情况。使这些豆粒从更高的位置落在秤盘上，观察指针的摆动情况。用豆粒做气体分子的模型，试说明气体压强产生的原理。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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，气体的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 【例3】 (多选)关于密闭容器中气体的压强，下列说法正确的是(　　) A．压强是由气体受到的重力产生的 B．压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的 C．压强的大小取决于气体分子数密度的多少和气体温度的高低 D．容器运动的速度越大，气体的压强也越大 关键能力 互动探究 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 ABD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ [练4] (生活情境)(多选)(2024·天津高二期末)自热米饭因其便于加热和携带，越来越受到“驴友”的欢迎。自热米饭盒内有一个发热包，遇水发生化学反应而产生大量热能，不需要明火，温度可超过100 ℃，盖上盒盖便能在10～15分钟内迅速加热食品。自热米饭的盖子上有一个透气孔，如果透气孔堵塞，容易造成小型爆炸。下列说法正确的是(　　) 关键能力 互动探究 BC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 关键能力 互动探究 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 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、两边少”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 素养训练 学业评价 BCD 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 2．(多选)有关气体压强，下列说法不正确的是(　　) A．气体分子的平均速率增大，气体的压强一定增大 B．气体分子的平均速率增大，气体的压强有可能减小 C．气体分子的密集程度增大，气体的压强一定增大 D．气体分子的密集程度增大，气体的压强有可能减小 素养训练 学业评价 AC 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 B 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 素养训练 学业评价 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 ⁠ 4．(2024·浙江高二检测)一定质量的气体，保持温度不变，仅减小体积之后，气体的压强会增大。用分子动理论的观点分析，这是因为(　　) A．气体分子的总数增加 B．气体分子的平均速率增大 C．气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大 D．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 素养训练 学业评价 D 问题交流 A级 B级 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 解析 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 谢谢观看 返回导航 物理 选择性必修 第三册 （R）　 探究点一___统计规律与气体分子运动的特点 提示：(1)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。 (2)无碰撞时气体分子将做匀速直线运动，但由于分子之间的频繁碰撞，气体分子速度的大小和方向频繁改变，运动变得杂乱无章。 (3)分子在做无规则运动，造成其速率有大有小。温度升高时，所有分子热运动的平均速率增大，即大部分分子的速率增大了，但也有少数分子的速率减小或不变。 1．对统计规律的理解 (1)个别事件的出现具有偶然因素，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。 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(概率)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，在数量级上与子弹的速率相当。 [练1] (多选)对于气体分子的运动，下列说法正确的是(　　) A．一定温度下某种气体分子的碰撞虽然十分频繁，但同一时刻，每个分子的速率都相等 B．某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的 C．分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动 D．一定温度下，某种气体的分子做杂乱无章的运动，可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况 探究点二___分子运动速率分布图像 探究点三___气体压强的微观解释 提示：(1)不是，是分子撞击容器壁而产生的。 (2)气体压强等于大量气体分子在容器壁单位面积上的平均作用力，气体压强大小与气体分子的数密度和气体分子的平均速率有关。 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：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)给器壁的冲力就越大；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，累计冲力就越大，气体压强就越大。 (2)宏观因素 ①温度：体积一定时，温度越高，气体的压强越大。 ②体积：温度一定时，体积越小，气体的压强越大。 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，故气体压强是由气体分子碰撞器壁产生的，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。地面大气压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，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。 压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的，A错误，B正确；根据压强微观意义可知，压强的大小取决于气体分子的数密度的多少和气体温度的高低，与容器运动的速度无关，C正确，D错误。 [练3] (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器壁单位面积上的平均作用力 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及分子的密集程度有关 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，A正确；气体对器壁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，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增大，所以气体的温度越高，并不是每个气体分子与器壁碰撞的冲力都增大，C错误；气体对容器壁的压强是由大量气体分子对器壁碰撞作用产生的，压强的大小跟气体分子的平均速率、分子的密集程度有关，D正确。 探究点四___解决实际问题 A．自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体分子间斥力急剧增大的结果 B．饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体压强增大导致的结果 C．饭盒爆炸前，单位时间单位面积上分子撞击容器壁的次数增多 D．自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，标志着每一个气体分子的速率都增大了 自热米饭盒爆炸，是盒内气体温度升高，气体压强急剧增大的结果，A错误，B正确；爆炸前，温度升高，分子平均速率增大，分子的数密度不变，故单位时间单位面积上分子撞击容器壁的次数增多，C正确；自热米饭盒爆炸前，盒内气体温度升高，气体分子的平均速率增大，表现的是一种统计规律，并不代表每一个气体分子的速率都增大了，D错误。 [练5] (生活情境)(2024·河南洛阳高二联考)某同学在水杯中倒入一半开水后，将杯盖盖上后杯内空气(视为一定质量的理想气体)的温度约为97 ℃，一段时间后，该同学想喝水时，发现杯盖很难被打开。若此时杯中空气的温度与外部环境温度均为17 ℃，则下列说法正确的是(　　) A．杯盖很难被打开的原因是降温后杯内空气的压强大于外界大气压强 B．17 ℃时杯内空气的体积比97 ℃时的大 C．17 ℃时杯内空气的分子数密度比97 ℃时的大 D．17 ℃时杯内空气单位时间内对杯壁单位面积的碰撞次数比97 ℃时的少 17 ℃时与97 ℃时相比，杯内空气的体积不变，质量不变，所以分子的数密度不变，但由于温度降低，分子平均速率减小，单位时间内对杯壁单位面积的碰撞次数减少，分子的平均冲力也减小，杯内空气压强减小，小于外界大气压，D正确。 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，两边少”的分布特征，C、D正确。 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。气体分子的平均速率或密集程度增大，气体的压强不一定增大。 3．(2024·江苏南通高二期末)1934年我国物理学家葛正权定量验证了麦克斯韦的气体分子速率分布规律。如图所示为氧气分子在不同温度下的分子速率分布规律图像，图中实线1、2对应的温度分别为T1、T2。则下列说法正确的是(　　) A．温度T1大于温度T2 B．T1、T2温度下，某一速率区间的分子数占比可能相同 C．将T1、T2温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布规律曲线下方的面积为曲线1和曲线2下方的面积之和 D．将T1、T2温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布规律曲线可能是图中的虚线 温度越高，分子热运动越激烈，速率大的分子所占的比例大，由题图可知曲线2速率大的分子所占的比例比曲线1速率大的分子所占的比例大，故温度T2高于温度T1，A错误；T1、T2温度下，实线1、2相交于一点，即该速率区间的分子数占比相同，B正确；由图可知，在两种不同情况下各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1，故将T1、T2温度下的氧气混合后，对应的分子速率分布规律曲线下方的面积仍为1，C错误；将T1、T2温度下的氧气混合后，温度不会比T1的温度更低，故对应的分子速率分布规律曲线不可能是图中的虚线，D错误。 一定质量的气体，则气体分子的总数保持不变，A错误；保持温度不变，则气体分子的平均速率不变，气体分子每次碰撞器壁的平均作用力不变，B、C错误；仅减小体积之后，单位体积内的分子数量变多，则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，气体的压强会增大，D正确。 $$