第1章 第3节 分子运动速率分布规律(Word教参)-【学霸笔记·同步精讲】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版）

本讲义聚焦高中物理“分子运动速率分布规律”核心知识点，从统计规律（必然、不可能、随机事件及统计规律）切入，衔接气体分子运动特点（分子间距、运动方向、碰撞），再到分子运动速率“中间多、两头少”的分布规律及温度影响，最终落脚于气体压强的微观解释（产生原因、分子数密度与平均速率的决定作用），构建完整知识支架。 该资料以生活实例（如抛掷硬币、雨滴打伞）引导科学探究，通过图像分析和例题培养科学思维（模型建构、科学推理）。课中助力教师清晰授课，课后含判断、选择等练习，帮助学生巩固知识，查漏补缺，提升对分子动理论的理解与应用能力。

第3节　分子运动速率分布规律 1．知道什么是“统计规律”。　2.掌握气体分子运动的特点。知道分子运动速率分布规律。 3．理解气体压强产生的微观原因及决定因素。　 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。 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10倍以上，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。 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。 三、分子运动速率分布图像 1．气体分子速率呈“____________”的规律分布。当温度升高时，速率大的分子比例较多(如图所示)。 2．温度越高，分子的热运动越____________。 四、气体压强的微观解释 1．气体压强的大小等于大量气体分子作用在器壁__________上的平均作用力。 2．产生原因：大量气体分子对器壁的碰撞。 3．决定因素：微观上取决于分子的________和分子的________。 判断下列说法是否正确。 (1)大量随机事件的整体会表现出一定的规律性。(　　) (2)气体分子的速率各不相同，但遵守速率分布规律，即出现“中间多、两头少”的分布规律。(　　) (3)气体的压强是由气体受到重力产生的。(　　) (4)气体的温度越高，压强就一定越大。(　　) (5)大气压强是由空气受重力产生的。(　　) (6)气体的压强是大量气体分子频繁持续地碰撞器壁而产生的。(　　) 提示：(1)√　(2)√　(3)×　(4)×　(5)√　(6)√[答案自填] 必然　不可能　不出现　随机事件　中间多、两头少　剧烈　单位面积　平均速率　数密度 知识点一　气体分子的运动特点 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？温度升高时，所有分子运动速率都增大吗？ [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，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，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。　 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不规则、带有偶然性的，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)永不停息：气体分子的运动永远不会停下来，即动能不可能为零。 (2)无规则性：分子之间频繁地碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变。 (3)机会均等性：大量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]　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。 [答案]　ABC 知识点二　分子运动速率分布图像 1．温度越高，分子热运动越剧烈。 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，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)，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率增大，分子的热运动更剧烈。 3．注意：(1)温度升高时分子平均速率增大，但并不是每个分子的速率都增大。 (2)温度越高时速率大的分子所占据的百分比越大。 　关于对分子的速率分布的解释，下列说法错误的是(　　) 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，温度越高，分子的平均速率越大 C．分子的速率分布总体呈现出“中间多、两边少”的分布特征 D．分子的速率分布遵循统计规律，适用于大量分子 [解析]　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，但并非所有分子的速率都越大，故A错误，符合题意，B正确，不符合题意；分子的速率分布遵循统计规律，但其适用于大量分子，且分子的速率分布总体呈现出“中间多、两边少”的分布特征，故C、D正确，不符合题意。 [答案]　A 　【教材经典P11图像改编】一定质量的氧气在0 ℃和100 ℃时分子的速率分布如图所示，下列说法正确的是(　　) A.图中两条曲线与横轴围成的面积不相等 B．氧气分子的速率分布都呈“中间少、两头多”的规律 C．与0 ℃时相比，100 ℃时速率出现在100～300 m/s区间内的分子比例较多 D．与0 ℃时相比，100 ℃时速率出现在600～800 m/s区间内的分子比例较多 [解析]　由于图像横坐标表示速率，纵坐标表示单位速率区间的分子数占总分子数的百分比，可知若在图像上截取一段微元，则该微元与横轴所围几何图形的面积表示百分比，则曲线与横坐标所围图形的面积等于1，即图中两条曲线与横轴围成的面积相等，均等于1，故A错误；根据图像可知，氧气分子的速率分布都呈“中间多、两头少”的规律，故B错误；根据图像可知，温度升高时，分子速率较大的分子数占总分子数的百分比增大，则与0 ℃时相比，100 ℃时速率出现在100～300 m/s区间内的分子比例较少，出现在600～800 m/s区间内的分子比例较多，故C错误，D正确。 [答案]　D 　(2024·安徽蚌埠三模)如图所示，纵轴f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比，曲线Ⅰ和Ⅱ为一定质量某种理想气体在两种温度下的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对应的气体温度相等 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 [解析]　气体分子运动的统计规律：中间多，两头少，温度高，最大峰值向速度较大的方向移动，故曲线Ⅰ对应的气体温度更低，分子的平均速率也较小，故A、B错误，D正确；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，即两条曲线下面积相等，故C错误。 [答案]　D 知识点三　气体压强的微观解释 如图，下大雨的时候人们打着的伞为什么会感到明显的压力？ [提示]　大量密集的雨滴对伞形成一个持续的压力，就像大量持续撒向托盘秤上的豆子一样，给秤一个持续的压力。　 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，就对器壁产生持续、均匀的压力。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。 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：气体分子的数密度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，气体压强就较大； ②气体分子的平均速率：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就越大。 (2)宏观因素 ①与温度有关：其他条件不变，温度越高，气体的压强越大；　 ②与体积有关：其他条件不变，体积越小，气体的压强越大。　 3．大气压强的产生及影响因素 大气压强由气体所受的重力产生，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，地面上空不同高度处的大气压强不相等。 　【教材经典P12情境改编】从分子动理论的观点来看，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v。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，可视为做匀速直线运动 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2mv 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，可视为做匀速直线运动，故A正确；气体分子的运动是无规则的，但在某一时刻，向各个方向运动的气体分子数目几乎相等，故B错误；速度为v的气体分子跟器壁发生碰撞过程中，根据动量定理－mv－mv＝，可知＝－2mv，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2mv，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 　下列关于对气体压强的理解错误的是　(　　) A．大气压强是由地球表面空气所受重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离大气，它自身所受重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强 B．气体压强是由气体分子不断撞击器壁产生的 C.气体压强取决于单位体积内分子数和分子的平均速率 D．单位面积器壁受到空气分子碰撞的平均压力就是气体对器壁的压强 [解析]　大气压强是由地球表面空气所受重力产生的，而被密封在某种容器中的气体，其压强是大量做无规则运动的气体分子对容器壁不断碰撞产生的， 它的大小不是由被封闭气体所受重力决定的，故A错误，B正确；气体压强取决于分子的数密度与分子的平均速率，即为单位体积内分子数和分子的平均速率，故C正确；根据公式p＝可知单位面积器壁受到气体分子碰撞的平均压力在数值上就等于气体对器壁压强的大小，故D正确。 [答案]　A 1．(气体分子的运动特点)(多选)相同容积的两个容器装着质量相等、温度不同的氢气。下列说法正确的是(　　) A．温度高的容器中氢分子的平均速率更大 B．两个容器中氢分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布规律 C．温度高的容器中任一分子的速率一定大于温度低的容器中任一分子的速率 D．单位时间内，温度高的氢气对器壁单位面积上的平均作用力更大 解析：选ABD。温度越高，分子平均速率越大，A正确；分子速率分布呈现“中间多、两头少”的统计规律，B正确；温度升高，分子平均速率增大，但不是每个分子的速率都增大，C错误；温度升高则分子运动的剧烈程度增大，则单位时间内撞击容器壁的分子数增多，故对容器壁单位面积的平均作用力更大，D正确。 2．(气体分子的运动特点)在没有外界影响的情况下，密闭容器内的气体静置足够长时间后，该气体(　　) A．分子的无规则运动停息下来 B．每个分子的速度大小均相等 C．每个分子的速度保持不变 D．分子的密集程度保持不变 解析：选D。分子在永不停息地做无规则运动，与放置时间长短无关，故A错误；分子热运动的速率大小不一，而且在不断改变，故B、C错误；由于容器密闭，所以气体体积不变，则分子的密集程度保持不变，故D正确。 3．(分子运动速率分布图像)(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，以下是某一定质量的氧气(可看成理想气体)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 ℃时要大 B．100 ℃时图线下对应的面积比0 ℃时要小 C．如果两种情况气体的压强相同，则100 ℃时单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数比0 ℃时少 D．如果两种情况气体的体积相同，则100 ℃时单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数与0 ℃时相同 解析：选C。由题图可知，某个分子在100 ℃时的分子速率有时比0 ℃时要小，故A错误；速率分布曲线的面积的意义，就是将每个单位速率的分子数占总分子数的百分比进行累加，累加的结果都是1，面积相等，故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，所以单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数比0 ℃时少，故C正确；如果两种情况气体的体积相同，则气体分子数密度相同，温度高时分子的平均速率大，则100 ℃时单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数比0 ℃时多，故D错误。 4．(气体压强的微观解释)(多选)如图所示，封闭在汽缸内一定质量的理想气体，如果保持体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是(　　) A．气体的密度增大 B．气体的压强增大 C．气体分子的平均速率减小 D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 解析：选BD。由于质量不变，体积不变，则气体的密度不变，即分子的数密度不变，而温度升高，分子的平均速率增大，所以单位时间内气体分子对单位面积器壁碰撞次数增多，压强增大。 学科网（北京）股份有限公司 $