1.3 分子运动速率分布规律（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦分子运动速率分布规律核心知识点，从统计规律切入，系统梳理气体分子运动的自由性与无序性特点，通过速率分布图像阐释“中间多、两头少”规律及温度对平均速率的影响，最终用分子动理论建立气体压强与分子平均速率、数密度的微观联系，构建完整知识支架。 资料以问题探究（如抛掷硬币、豆粒模拟压强）引导科学探究，结合图像分析培养科学思维中的模型建构与推理能力，自我诊断和针对训练强化物理观念。课中助力互动教学，课后帮助学生回顾知识、查漏补缺，提升学习效果。

1．3　分子运动速率分布规律 学习 目标 1.初步了解什么是统计规律。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，分子速率按一定规律分布。 3．能用气体分子动理论解释气体压强与所对应的微观物理量间的联系。 一、气体分子运动的特点 1．随机事件与统计规律 (1)必然事件：在一定条件下，若某事件必然出现，这个事件叫作必然事件。 (2)不可能事件：若某事件不可能出现，这个事件叫作不可能事件。 (3)随机事件：若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫作随机事件。 (4)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)运动的自由性：由于气体分子间的距离比较大，分子间作用力很弱，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，气体充满它能达到的整个空间。 (2)运动的无序性：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几乎相等。 二、分子运动速率分布图像 1．图像如图所示 2．规律：在一定温度下，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“中间多、两头少”的分布规律。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，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。 3．温度越高，分子的热运动越剧烈。 三、气体压强的微观解释 1．产生原因 气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁不断地碰撞产生的。压强就是在器壁单位面积上受到的压力。 2．从微观角度来看，气体压强的决定因素 (1)一方面是气体分子的平均速率。 (2)另一方面是气体分子的数密度。 [自我诊断] 1．判断下列说法的正误 (1)由于气体分子间距离较大，所以气体很容易被压缩。( √ ) (2)气体之所以能充满整个空间，是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱，气体分子可以在空间自由运动。( √ ) (3)某一时刻一个分子的速度大小和方向是偶然的。( √ ) (4)密闭容器中气体的压强是由气体的重力而产生的。( × ) (5)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。( × ) (6)气体分子的平均速率越大，分子数密度越大，气体压强越大。( √ ) 2．密闭在钢瓶中的气体，温度升高时压强增大。从分子动理论的角度分析，这是由于气体分子的________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。 答案：平均速率　小于 一、气体分子运动的特点 [问题探究] 　(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，所有分子运动速率都增大吗？ 答案：(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，使得气体分子的速度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。 [知识深化] 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，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微观因素 气体分子数密度：气体分子密集程度(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。 3．气体分子运动的特点 (1)标准状态下1 cm3气体中的分子数比地球上的人口总数还要多上许多亿倍。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)正是“频繁碰撞”，造成气体分子不断地改变运动方向，使得每个气体分子可自由运动的行程极短(理论研究指出通常情况下气体分子自由运动行程的数量级仅为10－8 m)，整体上呈现为杂乱无章的运动。 (3)分子运动的杂乱无章，使得分子在各个方向运动的机会均等。 　(多选)下列关于气体分子运动的说法正确的是(　　) A.分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间自由移动 B.分子间的频繁碰撞致使分子做杂乱无章的运动 C.分子向各个方向运动的机会相等 D.分子运动杂乱无章、毫无规律 解析：选ABC　气体分子间的频繁碰撞使分子做杂乱无章的运动，除碰撞外，分子可在空间自由移动，A、B正确；事实表明，个别分子的运动有它的不确定性，但大量分子的运动遵从一定的统计规律，如分子向各个方向运动的机会均等，C正确，D错误。 二、分子运动速率分布图像 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k成正比，即T＝ak(式中a是比例常数)，这表明，温度是分子平均动能的标志。 　(多选)某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线如图所示，图中F(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为T1、T2，对比不同温度情况，下列说法正确的是(　　) A.T1>T2 B.图中两条曲线与横坐标围成的面积相等 C.温度为T1时气体分子的平均速率较大 D.温度为T1的气体分子速率出现在0～200 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大 解析：选BD　因为气体的温度越高，速率大的分子所占的比例越大，所以T2>T1，即当温度为T1时气体分子的平均速率较小，故A、C错误；由题图可知，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，即相等，故B正确；由图可知，温度为T1的气体分子速率出现在0～200 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大，选项D正确。 三、气体压强的微观解释 [问题探究] 　(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？ (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。 答案：(1)不是，是分子撞击器壁而产生的。 (2)气体压强等于大量气体分子在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。 [知识深化] 1．大小 气体的压强大小等于器壁单位面积上受到的气体分子的压力大小。 2．产生原因 大量气体分子与器壁频繁碰撞的结果，表现为对器壁产生持续、均匀的压力。 3．决定因素 (1)微观因素 气体压强由分子运动的平均速率和分子的数密度共同决定。 ①分子运动的平均速率越大，单位时间内单位面积上气体分子与器壁的碰撞越剧烈，对器壁的作用力就越大； ②容器中气体分子的数密度越大，单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，平均作用力也就越大。 (2)宏观因素 对一定质量的某种封闭气体，其压强由容器的体积和气体温度共同决定。 ①体积越小，封闭的气体分子密度越大，压强越大； ②温度越高，封闭的气体分子运动的平均速率越大，气体的压强越大。 4．大气压强的产生及影响因素 大气压强由气体的重力产生，如果没有地球引力的作用，地球表面上就没有大气，也就没有大气压强。由于地球引力与距离的平方成反比，所以大气压力与气体的高度、密度有关，在地面上空不同高度处，大气压强不相等。 　　下面的表格是某地区1～7月份气温与气压的对照表： 月份/月 1 2 3 4 5 6 7 平均最高 气温/℃ 1.4 3.9 10.7 19.6 26.7 30.2 30.8 平均大气压 /(105Pa) 1.021 1.019 1.014 1.008 1.003 0.998 4 0.996 0 7月份与1月份相比较，正确的是(　　) A.空气分子热运动的情况几乎不变 B.空气分子热运动减弱了 C.单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数增多了 D.单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数减少了 解析：选D　 由表中数据知，7月份与1月份相比，温度升高，压强减小，温度升高使气体分子热运动更加剧烈，而压强减小，可知气体分子的密集程度减小，所以单位时间内空气分子对单位面积器壁的撞击次数减少了，因而只有选项D正确。 解释气体压强微观问题的思路 (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速率。 (3)只有知道了两个决定因素的变化，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。　　 [针对训练] 对一定质量的气体，下列叙述中正确的是(　　) 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：选B　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。 1．(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的数目是相等的 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：选BC　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瞬息万变，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。 2．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(　　) 　　 C　　　　　　　　　D 解析：选A　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。 3．(多选)下列说法中正确的是(　　) A.一定质量的气体被压缩时，气体压强不一定增大 B.一定质量的气体温度不变，压强增大时，其体积必减小 C.气体压强是由气体分子间的斥力产生的 D.一定质量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞的次数随着温度降低而增加 解析：选ABD　 一定质量的气体压强由温度和体积共同决定，体积减小，温度变化不明确，故气体压强变化不明确，A正确；一定质量的气体温度不变，压强增大，其体积必减小，B正确；气体的压强是由气体分子频繁地撞击器壁而产生的，C错误；一定质量的气体温度降低，分子的平均速率减小，单个分子与器壁碰撞对器壁的平均作用力减小，而压强不变，则单位时间分子对器壁单位面积平均碰撞的次数增加，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $