第1章 3. 分子运动速率分布规律-【重难点手册】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

第一章 分子动理论么出 第3节分子运动速率分布规律 重点和难点 课标要求 1.初步了解什么是统计规律。 重点：气体分子运动的特点，气体压 2.了解气体分子运动的特点：分子沿各个方向运动的机会均等，分 强的微观解释， 子速率按一定规律分布。 难点：气体状态变化的微观解释 3.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， 01必备知识梳理◆ 知识点1气体分子运动的特点 1.随机性与统计规律 刀划重点 (1)随机性 为什么说分子沿各个方向 ①必然事件 运动的机会均等？ 分子的个数与它们所占 在一定条件下，若某事件必然出现，这个事件叫作必然事件. 空间体积之比叫作分子数密 ②不可能事件 度，气体的分子数密度巨大， 若某事件不可能出现，这个事件叫作不可能事件 分子间碰撞频繁，就某一个分 ③随机事件 子而言，在某一时刻它向哪一 若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件 个方向运动，完全是随机的， 叫作随机事件 因此，在任一时刻分子沿各个 方向运动的机会是均等的. (2)统计规律 大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律 叫作统计规律。 2.气体分子运动的特点 (1)分子间的距离较大 气体很容易被压缩，说明气体分子间的距离较大.气体分子 间的距离大约是分子直径的10倍，故分子间的相互作用力十分 微弱.分子之间除了相互碰撞或跟器壁碰撞外，不受外力的作用， 即分子的运动是自由的.由此可知，气体能充满它所能达到的空 间，既没有一定的体积，也没有一定的形状. (2)分子间的碰撞频繁 在标准状态下，1cm3的气体中含有2.7×1019个分子.大量 15 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 分子在永不停息地运动，分子之间不断地发生频繁碰撞.在标准 状态下，一个空气分子在1$内与其他空气分子的碰撞竞达 65亿次之多，故分子之间的频繁碰撞造成气体分子做无规则的 热运动。 (3)分子沿各个方向运动的机会均等 由于大量分子做无规则的热运动，所以在某一时刻向任一方 向运动的分子都有.就某一个分子而言，在某一时刻它向哪一个 方向运动，完全是随机的.因此，在任一时刻分子沿各个方向运动 的机会是均等的。 例①(2025·安微合肥八中高二月考)（多选）如图所示，在 烧瓶内充满红棕色的NO2气体，关于NO2气体分子的运动情况， 下列说法中正确的是(). A.某一时刻具有任一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是偶然的 C.某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等 D.温度升高，所有NO2气体分子的速率都会发生变化 解析具有任一速率的分子数目并不是相等的，而是呈“中间 多、两头少”的统计分布规律，选项A错误；由于分子之间频繁地 碰撞，分子随时都会改变自己运动速度的大小和方向，因此在某 一时刻一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，选项B正确； 虽然每个分子的速度瓣息万变，但是大量分子的整体存在着统计 规律，由于分子数目巨大，在某一时刻向任意一个方向运动的分 子数目只有很小的差别，可以认为是相等的，选项C正确；温度升 高，NO2气体每个分子的速率仍然是瞬息万变的，只是分子运动 的平均速率增加，某个分子的速率可能不变，选项D错误 答案BC 知识点2分子运动速率分布图像 1.分子速率按一定规律分布 国蔽黑板 大量分子做无规则热运动，速率有大有小，但分子的速率是 当温度升高时，某一分子 按照一定规律分布的，即“中间多、两头少”的分布规律.当温度升 在某一时刻的速率不一定增 高时，速率大的分子数增加，分子的平均速率增大.因此，温度越 加，但大量分子的平均速率一 定增加，而且“中间多”的分子 高，分子的热运动越剧烈，如图所示 速率值增加， 2.温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移 动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少. 16 第一章 分子动理论么组 各速率区间的分子数 ↑占总分子数的百分比 刀划重点 20 气体分子的运动速率 温度为0 温度为100℃ 与温度的关系 (1)温度越高，分子的热 运动越剧烈，尽管大量分子做 无规则运动，速率有大有小， 所味 但气体分子速率呈“中间多、 两头少”的分布规律 氧气分子的速率分布图像 (2)当温度升高时，某一 3.温度升高时，所有分子热运动的平均速率增大，即大部分 分子在某一时刻的速率不一 分子的速率增大了，但也有少数分子的速率减小，这也是统计规 定增大，但大量分子的平均速 律的体现 率一定增大，而且“中间多”的 例2(2025·湖北省武昌实验中学高二月考)（多选）如图所 分子速率值增大 示为一定质量的氧气分子在0℃和100℃两种不同情况下的速 (3)当温度升高时，“中间 率分布情况，由图可以判断以下说法正确的是(). 多”的这一“高峰”向速率大的 各速率区间的分子数占总分子数的百分比 方向移动，即速率大的分子数 20 目增多，速率小的分子数目减 少，分子的平均速率增大，分 子的热运动更刷烈 10 (4)温度升高时，所有分 5 子热运动的平均速率增大，即 100200300400500600700800900速率区间 大部分分子的速率增大，但也 温度为0℃-一温度为100℃ 有不少分子的速率减小，这也 氧气分子的速率分布图像 是统计规律的体现. A.温度升高，所有分子的运动速率均变大 B.温度越高，分子的平均速率越小 C.0℃和100℃时氧气分子的速率都呈现“中间多、两头少” 的分布特点 D.100℃的氧气与0℃的氧气相比，速率大的分子所占的比 例较大 解析温度升高，气体分子的平均运动速率增大，但有些分子 的运动速率可能减小，从图中可以看出温度高时，速率大的分子 所占比例较大，A、B错误，C、D正确. 答案CD 知识点3气体压强的微观解释 1.大小 气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的压力. 17 重滩点手册高中物理选择性必修第三册) 2.产生原因 P拓视野7 大量气体分子无规则运动碰撞器壁，形成对器壁各处均匀的 1.密闭气体压强 持续的压力而产生压强， 因密闭客器中的气体密 3.决定因素 度一般很小，由于气体自身重 从微观角度来看，气体分子的数量是巨大的.一方面，若容器 力产生的压强极小，可忽略不 计，故气体压强由气体分子碰 中气体分子的平均速率越大，单位时间内、单位面积气体分子与 撞器壁产生，大小由气体分子 容器的碰撞对器壁的作用力就越大；另一方面，若容器中气体分 的数密度和温度决定，与地球 子的数密度越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数 引力无关，气体对上下、前后、左 右器壁的压强大小都是相等的. 就越多，平均作用力也会较大。 2.大气压强 4.气体压强是否改变的判断方法 大气压是由于空气受到 (1)宏观依据是一定质量气体的温度(T)和体积(V). 重力作用紧紧包围地球而对 浸在它里面的物体产生的压 (2)微观依据是一定质量气体的平均速率和分子的分布密度. 强.如果没有地球引力作用， ①平均速率不变（即温度不变）时，分子的分布密度增大（即 地球表面就没有大气，也不会 体积减小)，气体压强增大：分子分布密度减小（即体积增大），气 产生大气压.地球大气压的值 与地球表面积的乘积，近似等 体压强减小. 于地球大气层所受的重力值， ②分子分布密度不变（即体积不变）时，分子平均速率增大 大气压强最终还是通过分子 (即温度升高)，压强增大；分子平均速率减小（即温度降低），压强 碰撞实现对放入其中的物体 产生压强。 减小 3.液体压强 例③(2025·浙江宁波镇海中学高二月考)从分子动理论的 液体压强是由液体的重 观点来看，气体分子间距离比较大，分子间的作用力很弱，气体对 力产生的，其公式为p=pgh 容器的压强源于气体分子的热运动.当它们飞到器壁时，就会跟 器壁发生碰撞（可视为弹性碰撞），对器壁产生作用力从而产生压 强，如图所示.设气体分子的质量为m,气体分子热运动的平均速 率为.下列说法正确的是(). A.气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰 撞外，可视为匀速直线运动 B.在某一时刻，向各个方向运动的气体分 子数目差距很大 C.每个气体分子跟器壁发生碰撞过程中，施加给器壁的冲量 大小为2m D.若增大气体体积，则气体压强一定减小 解析由于气体分子间的距离较大，分子间的作用力很弱，所 以气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，可视为匀速直线运 动，故A正确；气体分子的运动是无规则的，但在某一时刻，向各 18 第一章 分子动理论么组 个方向运动的气体分子数目几乎相等，故B错误；速度为)的气 体分子跟器壁发生碰撞过程中，根据动量定理有一mv一v=I, 可知I=一2mw,但并不是每一个分子的速度都是v,则每个气体 分子跟器壁发生碰撞过程中，施加给器壁的冲量大小不一定为 2mw,故C错误；气体的压强由体积和温度共同决定，所以增大气 体体积，气体压强不一定减小，故D错误 答案A 02关健能力提升。 题型1气体分子运动的特点 大豆，观察台秤的示数.关于实验现象及推论， 例①在一定温度下，某种理想气体分子 下列说法正确的是( ). 速率的分布应该是(). A.只增加倾倒大豆的杯子高 A.每个气体分子速率都相等 度，台秤示数会减小 B.每个气体分子速率一般不相等，速率很 B.只增加相同时间内倾倒大 大和速率很小的分子数目很少 豆的数量，台秤示数会增大 C.每个气体分子速率一般不相等，但在不 C.气体分子与容器壁的碰撞越剧烈、越频 同速率范围内，分子数的分布是均匀的 繁，气体压强就越大 D.每个气体分子速率一般不相等，速率很 D.一定质量的气体，其温度越高，压强就 大和速率很小的分子数目很多 越大 解析大量气体分子做无规则运动，速率 解析倾倒大豆时大豆对秤有力的作用， 大小各不相同，但气体分子的速率遵循一定的 这个力是大豆对秤的压力，增加高度，类似气 分布规律：气体的大多数分子速率在某个数值 体分子的平均速率增大，如果单位时间内倾倒 附近，离这个数值越近，分子数目越多，离这个 大豆的数量不变，大豆对秤的压力增大，台秤 数值越远，分子数目越少，呈“中间多、两头少” 的示数变大，A错误；相同时间内倾倒的大豆 的分布。 越多，类似单位体积内气体分子的数量越大， 答案B 可知只增加相同时间内倾倒大豆的数量，秤的 题型2气体压强的微观解释 示数会变大，B正确：气体分子与容器壁的碰撞 越剧烈、越频繁，即单位面积上的压力越大，则 例2(2025·湖北武汉三中高二阶段练 气体压强就越大，C正确；一定质量的气体，其 习)（多选）气体压强从微观角度看是大量气体 温度越高，气体压强不一定越大，压强还与单 分子频繁碰撞容器壁而产生的一个持续的压 位体积内的分子数有关，D错误。 力效果.一同学用如图所示实验装置模拟这一 情景，桌面上放一台秤，用杯子向台秤上倾倒 答案BC 19