课时1.3 分子运动速率分布规律-2024-2025学年高中物理分层同步作业练习专题教案（人教版2019选择性必修第三册）

第一章 分子动理论 课时1.3 分子运动速率分布规律 1. 初步了解什么是“随机事件”和“统计规律”。 2. 知道气体分子运动的特点。 3. 知道气体分子运动速率分布规律。 4. 理解气体压强的微观意义，知道气体压强大小的决定因素。 （一）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10倍，分子间作用力很弱。 2. 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。 3. 在某一时刻，向着各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 （二）分子运动速率分布图像 1. 在一定温度下，气体分子的速率表现出“中间多、两头少”的分布规律。 2. 当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的平均速率增大，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。 （三）气体压强的微观解释 1. 气体压强的形成原因 气体分子飞到器壁时，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。 2. 用动量定理和牛顿运动定律解释撞击力 质量为的气体分子以速度与器壁发生正碰后原速率反弹，气体分子受到的冲量为，气体分子受到的作用力为，根据牛顿第三定律，器壁受到的作用力为 。 3. 气体对容器的压强   器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强。 基础过关练 题组一　气体分子运动的特点 1.对于大量气体分子的运动，下列说法不正确的是 (　　) A.一定温度下气体分子碰撞十分频繁，同一时刻，气体分子沿各方向运动的概率相等 B.一定温度下气体分子的速率一般不相等，但速率很大和很小的分子数目相对较少 C.一定温度下气体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 D.当温度升高时，其中某10个分子的平均速率可能减小 2.(2023北京朝阳月考)气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外 (　　) A.气体分子可以做布朗运动 B.气体分子的速率都一样大 C.相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动 D.相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大 题组二　分子运动速率分布图像 3.(2024江苏宿迁期中)氧气分子在0 ℃和100 ℃下的速率分布规律如图所示，由图线信息可得 (　　) A.温度升高时，所有分子的速率都增大 B.图线①对应的温度高于图线②对应的温度 C.温度升高使得速率较小的氧气分子所占比例变小 D.温度升高，曲线峰值向左移动 4.(2024安徽蚌埠三模)如图，纵轴f(v)表示单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比，曲线Ⅰ和Ⅱ为一定质量某种气体在两种不同温度下的f(v)与分子速率v的关系图像。比较曲线Ⅰ和Ⅱ，下列说法正确的是 (　　) A.曲线Ⅰ对应的气体温度更高 B.曲线Ⅰ和Ⅱ对应的气体分子的平均动能相等 C.曲线Ⅰ与横轴所围的面积更大 D.曲线Ⅰ对应的气体分子平均速率更小 5.(2024上海宝山期中)如图是一个测量分子速率分布的装置。圆筒绕其中心匀速转动，侧面开有狭缝N，内侧贴有记录薄膜，M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的某指定温度的银原子蒸气穿过屏上S缝后进入狭缝N，在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上。一段时间后，展开的薄膜上银原子的分布最接近下图中的 (　　) 　　　　 　　　　 题组三　气体压强的微观解释 6.关于气体压强的微观解释，下列说法中正确的是　 (　　) A.气体的温度降低，所有气体分子热运动的速率都会减小 B.气体压强是由气体的重力产生的，在完全失重状态下，气体对其密闭容器的压强为零 C.气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的总压力 D.气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关 7.(2024湖北黄冈期中)有甲、乙两瓶氢气，甲瓶中氢气的体积为V，质量为m，温度为t，压强为p；乙瓶中氢气的体积为V，质量为m，温度高于t。下列关于甲、乙两瓶氢气说法中正确的是 (　　) A.乙瓶中氢气的压强等于p B.乙瓶中氢气的压强小于p C.甲瓶中氢气分子的平均速率比乙瓶中氢气分子的平均速率大 D.乙瓶中速率较小的氢气分子所占比例比甲瓶中速率较小的氢气分子所占比例小 8.(2024河南焦作月考)概率统计的方法是科学研究中的重要方法之一，以下是一定质量的氧气在0 ℃和100 ℃时统计出的速率分布图，由图像分析以下说法正确的是 (　　) A.其中某个分子，100 ℃时的速率一定比0 ℃时的速率大 B.100 ℃时图线与横轴围成的面积比0 ℃时要小 C.如果两种情况气体的压强相同，则100 ℃时单位时间内与单位面积容器壁碰撞的分子数比0 ℃时少 D.如果两种情况气体的体积相同，则100 ℃时单位时间内与单位面积容器壁碰撞的分子数与0 ℃时相同 9.(经典题)(2022天津红桥复兴中学三模)如图所示为模拟气体压强产生机理的演示实验。操作步骤如下：①把一颗豆粒拿到秤盘上方20 cm处，松手让它落到秤盘上，观察指针摆动的情况；②再把100颗左右的豆粒从相同高度均匀连续地倒在秤盘上，观察指针摆动的情况；③把这些豆粒从更高的位置均匀连续倒在秤盘上，观察指针摆动的情况。下列说法正确的是 (　　) A.步骤①和②模拟的是气体压强与气体分子平均速率的关系 B.步骤②和③模拟的是气体压强与分子密集程度的关系 C.步骤②和③模拟的是大量气体分子运动速率分布所服从的统计规律 D.步骤①和②反映了气体压强产生的原因 10.(教材习题改编)从宏观上看，一定质量的气体压强不变，温度升高时，体积一定变大，从微观上看，其原因是什么？ 答案与分层梯度式解析 基础过关练 1.C 2.C 3.C 4.D 5.A 6.D 7.D 8.C 9.D 1.C　一定温度下气体分子碰撞十分频繁，单个分子的运动杂乱无章，但大量分子的运动遵从统计规律，速率很大和速率很小的分子数目相对较少，向各个方向运动的分子数目几乎相等，故C错误，A、B正确；温度升高时，分子的平均速率增大，但其中的少量(如10个)分子的平均速率有可能减小，故D正确。故选C。 归纳总结 气体分子运动的特点 2.C　气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外，气体分子间的距离较大，所以分子间的相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动，选项C正确，A、B、D错误。 3.C　温度升高时，分子的平均速率增大，速率较大的分子数目增加，但并不是所有分子的速率都增大(易错点)，故A错误；结合A项分析知，图线①对应的温度低于图线②对应的温度，即温度升高，曲线峰值向右移动，故B、D错误；温度升高，速率较小的氧气分子所占比例变小，C正确。故选C。 归纳总结 气体分子速率分布的三点规律 　　(1)在一定温度下，气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布规律。 　　(2)当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的平均速率增大，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分布曲线的峰值向速率大的一侧移动。 　　(3)温度升高，气体分子的平均速率变大，但具体到某一个气体分子，速率可能变大，可能变小，也可能不变。 4.D　根据气体分子运动速率分布规律，曲线Ⅰ对应的气体温度更低，气体分子平均速率更小，分子平均动能更小，A、B错误，D正确；在两种不同温度下f(v)-v关系图线与横轴所围面积都应该等于1，即两条曲线下面积相等，C错误。故选D。 5.A　气体分子速率分布呈现“中间多、两头少”的规律，即速率很大和速率很小的分子比例较小，而速率中等的分子比例较大(破题关键)。根据圆筒转动的情况可知，速率越大的银原子所到达的位置越靠近M，速率越小的银原子所到达的位置越靠近N，速率中等的银原子所到达的位置分布在Q位置附近。所以M和N附近银原子分布较少，Q位置附近银原子分布较多。故选A。 6.D　气体的温度降低，气体分子热运动的平均速率减小，并非所有气体分子热运动的速率都会减小，选项A错误；气体的压强是大量气体分子对器壁频繁地碰撞产生的，与气体的重力无关，则在完全失重状态下，气体对其密闭容器的压强不为零，选项B错误；气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在单位面积器壁上的总压力，选项C错误；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，与单位体积内气体的分子数和气体温度有关，选项D正确。 易混易错 气体的压强与大气压强的比较 气体压强 大气压强 区 别 ①因密闭容器内的气体分子的数量一般很小，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大小由气体分子的数密度和温度决定，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大气压强与海拔高度、温度、天气等因素有关。 ③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 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 7.D　甲、乙两瓶中氢气的体积、质量相同，则甲、乙两瓶中氢气分子的数密度相同，因为乙瓶中氢气的温度高于t，则乙瓶中氢气分子的平均速率较大，分子对单位面积器壁的平均撞击力较大，所以乙瓶中氢气的压强较大，即乙瓶中氢气的压强大于p，A、B、C错误；乙瓶中氢气分子的平均速率较大，所以乙瓶中速率较小的氢气分子所占比例比甲瓶中速率较小的氢气分子所占比例小，D正确。故选D。 8.C　由题图可知，有的分子100 ℃时的速率比0 ℃时要小，A错误；一定质量气体在不同温度下分子速率分布曲线与横轴围成的面积相等，B错误；如果两种情况气体的压强相同，由于100 ℃时分子的平均速率比较大，所以单位时间内与单位面积容器壁碰撞的分子数比0 ℃时少，C正确；如果两种情况气体的体积相同，则气体分子的数密度相同，温度高时分子的平均速率大，则100 ℃时单位时间内与单位面积容器壁碰撞的分子数比0 ℃时多，D错误。故选C。 9.D　步骤①和②豆粒都从相同的高度下落，不同的是豆粒的个数，故它模拟的是气体压强与气体分子密集程度的关系，也说明大量的豆粒连续地作用在秤盘上能产生持续的作用力，即反映了气体压强产生的原因；而步骤②和③的豆粒个数相同，让它们从不同的高度落下，豆粒撞击秤盘时的速率不同，所以它模拟的是气体压强与气体分子平均速率的关系，选项D正确。 方法技巧 分析气体压强要做到“两个明确” 10.答案　见解析 解析　一定质量的气体的压强是由分子的平均速率和分子的数密度共同决定的，温度升高时，分子的平均速率增大，只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 第 1 页 共 8 页 学科网（北京）股份有限公司 $$