第3节 气体分子运动的统计规律-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义配套课件（粤教版）

该高中物理课件聚焦气体分子运动的统计规律，核心知识点包括分子沿各方向运动概率相等及分子速率的统计分布规律。通过抛掷硬币实验数据、伽尔顿板小球分布等情境导入，引导学生从宏观随机现象过渡到微观分子运动规律，搭建从具体到抽象的学习支架。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过实验情境（如伽尔顿板）和速率分布曲线分析，帮助学生建构统计模型，培养科学推理能力。随堂演练与课时测评结合，既助学生巩固知识，又为教师提供结构化教学资源，促进物理观念形成与科学素养提升。

第三节　气体分子运动的统计规律 　　　　 第一章　分子动理论 1.理解气体分子运动方向的统计规律和分子运动速率的统计分布规律。　 2.会分析分子运动速率分布图像。 素养目标 知识点一　分子沿各个方向运动的概率相等 1 知识点二　分子速率按一定的统计规律分布 2 课时测评 4 随堂演练　对点落实 3 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 知识点一　分子沿各个方向运动的概率相等 返回 自主学习 情境导入　按照相同的方法抛掷硬币，如果抛掷的次数 不断增加，硬币出现正、反面朝上次数的比例会有什么 变化？可参考下表中统计学家做过的部分实验数据。 实验者 抛掷次数m 出现正面次数n 棣莫佛 2 048 1 061 布丰 4 040 2 048 皮尔逊 12 000 6 019 皮尔逊 24 000 12 012 提示：抛掷次数越多，正面和反面朝上的次数越接近，正面朝上和背面朝上的概率越接近50%。 教材梳理 (阅读教材P12完成下列填空) 1．统计规律 (1)统计规律是大量随机事件______表现出的规律，它表现了这些事件整体的必然联系。 (2)个别事件的出现具有________，但大量事件出现的概率遵从一定的______规律。 2．气体分子运动的特点 对由大量分子组成的气体整体来说，气体中任一时刻都有向任一方向运动的分子，且气体分子沿各个方向运动的数目______，即在任一时刻分子沿各个方向运动的______是相等的。 整体 随机性 统计 相等 概率 课堂探究 师生互动　气体分子间距离大约是分子直径的10倍， 分子间的作用力很弱，通常认为，气体分子除了相 互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受其他作用力，故气 体分子在碰撞前可以认为做什么运动？ 提示：匀速直线运动。 例1 √ 统计规律是对大量偶然事件而言的整体规律，对于少量的、个别的偶然事件是没有意义的，个别的、少量的分子的运动是不可预知的，无法计算的，A正确，B、C错误；统计规律适用于所有大量偶然事件的研究，D错误。 对于分子热运动服从统计规律的正确理解是 A．大量无序运动的分子组成的系统在总体上呈现的规律性称为统计规律 B．统计规律对所含分子数极少的系统仍然适用 C．统计规律可以由数学方法推导出来 D．统计规律仅适用于对气体分子热运动的研究 例2 √ √ 一定温度下某种气体分子碰撞十分频繁，单个分子的运动杂乱无章，速率不一定相等，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，故A、D错误，B、C正确。 (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的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 1．气体微观结构的特点 (1)气体分子间的距离较大，大于10r0(10－9 m)，气体分子可看成质点。　 (2)气体分子间的分子力很微弱，通常认为气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外，不受其他力的作用。 2．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，每个分子速度的大小和方向频繁地改变。 探究归纳 (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。 返回 探究归纳 知识点二　分子速率按一定的统计规律分布 返回 自主学习 情境导入　如图所示的装置称为伽尔顿板，其上部规则地布有许多铁钉，下部用隔板分割成许多等宽的竖直狭槽，大量小球可通过中间漏斗形入口落下，装置前有玻璃板覆盖，使小球最终落在槽内。 (1)重复实验多次，发现某个小球落入哪个槽内是确定的还是随机的？ 提示：随机的。 (2)重复实验多次，用笔在玻璃上画出一条连续的曲线，观察曲线，会发现怎样的规律？ 提示：大量的小球落入狭槽时，落入某一道狭槽内的小球数目与小球总数的比值是稳定的，越靠近中间小球越多，越靠近两侧小球越少，遵循一定的统计规律。 教材梳理 (阅读教材P12－P14完成下列填空) 1．在一定的温度下，不同速率范围内的分子数ΔN在总分子数N中所占的______是确定的，如图甲所示。 比值 2．在一定的温度下，气体分子的速率分布是确定的，呈现“___________ _____”的分布规律。 3．如图乙所示，当温度升高时，分子数最多的速率区间移向速率____的一方，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分子的平均速率(平均动能)______。 中间多、两 大 增大 头少 课堂探究 师生互动　气体分子速率分布规律曲线与横坐标所围面积为所有速率区间的分子数占气体总分子数的比例，该面积等于多大？高温和低温时速率分布曲线下的面积是否相等？ 提示：面积为1　相等 例3 (多选)如图为氧气在0 ℃和100 ℃两种情况下，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。由图可知 A．虚线是氧气分子在100 ℃时的速率分布图 B．两条曲线与坐标轴围成的图形的面积相等 C．所有氧气分子在0 ℃时的速率小于在100 ℃时的速率 D．不同温度下，气体分子速率分布总呈现“中间多、两头少”的特点 √ √ 实线对应的高速率分子占比较虚线的大，说明实线对应的温度较高，故实线是氧气分子在100 ℃时的速率分布图，A错误；两条曲线与坐标轴所围面积都为所有速率区间的分子数占气体总分子数的比例，故面积都应该等于1，即两条曲线与坐标轴围成的图形的面积相等，故B正确；0 ℃的氧气分子的平均速率比100 ℃的氧气分子的平均速率小，但并非所有0 ℃的氧气分子的速率都比100 ℃的氧气分子的速率小，故C错误；由题图可知，不同温度下，气体分子的速率分布总呈现“中间多、两头少”的特点，故D正确。 针对练．(2025·广东高二联考期末)氧气分子在不同温度下的分子速率分布规律如图所示，实线1、2对应的温度分别为T1、T2，则下列说法正确的是 A．曲线2与曲线1对应的氧气分子平均速率相等 B．T1、T2温度下，某一速率区间的分子数占比可能相同 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．将T1、T2温度下的氧气混合后，对应的曲线可能是图中的虚线 √ 温度越高，分子热运动越剧烈，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，曲线2与曲线1对应的氧气分子平均速率不相等，故A、C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，故B正确；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题图中的虚线，故D错误。故选B。 返回 随堂演练　对点落实 返回 √ 抛掷硬币试验中每一次正面还是反面向上是偶然的，抛掷次数较少时，出现正反面的比例是不确定的，但抛掷次数很多时出现正面(或反面)的百分率接近50%，故A、C、D正确，B错误。 1．历史上不少统计学家做过成千上万次抛掷硬币的试验，关于抛硬币的统计规律，下列说法中不正确的是 A．抛掷次数较少时，出现正反面的比例是不确定的 B．不论抛掷次数多少，出现正反面的比例各占抛掷总次数的50% C．抛掷次数越多，出现正面(或反面)的百分率就越接近50% D．某一事件的出现是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律 √ 2．(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，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热运动 C．分子沿各方向运动的机会相等 D．分子的速率分布毫无规律 气体分子除碰撞外可以认为是在空间内自由移动的，气体分子沿各方向运动的机会相等，碰撞使它做无规则运动，但气体分子速率按“中间多、两头少”的规律分布，故A、B、C正确，D错误。 √ √ 根据统计规律可知，某个小球落在哪个槽是无规律的，A错误；大量小球在槽内的分布是有规律的，大量小球落入槽内后不能均匀分布在各槽中，而是越接近漏斗形入口处的槽内，小球聚集越多，B、C错误，D正确。故选D。 √ 3．(鲁科版P15T2改编)伽尔顿板可以演示统计规律。如图所示，让大量小球从上方漏斗形入口落下，最终小球都落在槽内，重复多次实验后发现 A．某个小球落在哪个槽是有规律的 B．大量小球在槽内的分布是无规律的 C．大量小球落入槽内后均匀分布在各槽中 D．越接近漏斗形入口处的槽内，小球聚集越多 由题图可知两种温度下的分子速率都呈“中间多、两头少”的分布，故A正确；由题图可知，随着分子速率的增加，分子数占比先增大后减小，故B错误；由题图可知，T1＜T2，故C正确；温度升高，分子速率大的占比增加，从而使分子平均速率增加，分子热运动也就越剧烈，故D正确。 √ 4．(2025·广东珠海高二检测)如图为一定质量的某种气体在某两个确定的温度下，其分子速率的分布情况。由图分析可知，下列说法错误的是 A．两种温度下的分子速率都呈“中间多、两头少”的分布 B．分子速率最大的分子数占的比例最大 C．图中的T1＜T2 D．温度越高，分子热运动越剧烈 返回 课 时 测 评 返回 1．在天气预报中，有“降水概率预报”，例如预报“明天降水概率为80%”，这是指 A．明天该地区有80%的地区降水，其他20%的地区不降水 B．明天该地区约有80%的时间降水，其他时间不降水 C．气象台的专家中，有80%的人认为会降水，另外20%的专家认为不降水 D．明天该地区降水的可能性为80% √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 统计规律是在大量偶然事件的集合中起作用的规律，但实测的概率与用统计理论算出的值总是有一定的偏差，这叫涨落，统计的数量越多，涨落越不显著，故B、C正确，A、D错误。 2．(多选)关于统计规律及其特点，下列说法正确的是 A．统计规律是在少量偶然事件中起作用的规律 B．统计规律是在大量偶然事件的集合中起作用的规律 C．实测的概率与用统计理论算出的值总会有一定的偏差 D．实测的概率与用统计理论算出的值总是完全吻合的 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 气体分子间距离很大，分子间相互作用力很小，通常认为，气体分子间除相互碰撞或跟器壁碰撞外，不受力的作用，可以在空间自由运动；气体分子的运动是杂乱无章的，但大量气体分子的运动符合统计规律，故A错误，B、C、D正确。 3．(多选)下列对气体分子运动的描述正确的是 A．气体分子的运动是杂乱无章的，没有一定的规律 B．气体分子间除相互碰撞外，几乎无相互作用 C．大量气体分子的运动符合统计规律 D．气体之所以能充满整个空间，是因为气体分子间相互作用力十分微弱，气体分子可以在空间自由运动 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 4．(多选)关于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．某一温度下大多数气体分子的速率都不会发生变化 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 不同速率的分子数目并不是相等的，且呈“中间多、两头少”的统计规律分布，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，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，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，C正确；某一温度下，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相同，D错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 如果从入口处投入单个小球，与铁钉碰撞后会落入哪一个狭槽是偶然的、随机的，少量小球投入后，落入各狭槽的分布情况也带有偶然性。但是，从入口处同时(或先后)投入大量小球，落入各槽的分布情况则是有一定规律的。多次重复实验可知，小球在各个槽内的分布是不均匀的，中间槽最多，两边最少。故C正确。 5．伽尔顿板可以演示统计规律。如图所示，让大量小球从上方漏斗形入口落下，则能正确反映最终落在槽内小球的分布情况的是 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 6．某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中f(v)表示各速率区间的分子数百分率，图线Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则 A．TⅠ＞TⅡ＞TⅢ B．TⅢ＞TⅡ＞TⅠ C．TⅡ＞TⅠ，TⅡ＞TⅢ D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ 温度越高分子热运动越剧烈，分子运动剧烈是指速率大的分子所占的比例大，曲线Ⅲ速率大的分子比例最大，温度最高；曲线Ⅰ速率大的分子比例最小，温度最低，故B正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 7．如图为某一定质量气体在不同温度下的速率分布图像，下列说法中不正确的是 A．均呈现“中间多、两头少”的分布规律 B．图线①对应的温度比图线②的低 C．温度升高，所有分子运动速率都在增加 D．两图线与横轴所围成的面积相等 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 同一温度下，中等速率大的气体分子数所占的比例大，即气体分子呈现“中间多、两头少”的分布规律，故A正确；由题图可知，②中速率大的分子占据的比例较大，则说明②对应的平均动能较大，故②对应的温度较高，故B正确；温度升高使得气体分子的平均速率增大，但不一定每一个气体分子的速率都增大，故C错误；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，故两条曲线与横轴所围的面积相等，故D正确。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 8．下列关于气体分子运动的说法正确的是 A．气体分子的间距比较大，所以不会频繁碰撞 B．气体分子的平均速率随温度升高而增大 C．气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得 D．当温度升高时，气体分子的速率将不满足“中间多、两头少”的分布规律 因为分子永不停息地做无规则运动，所以分子之间避免不了相互碰撞，故A错误；气体分子运动的平均速率与温度有关，气体分子的平均速率随温度的升高而增大，故B正确；牛顿运动定律是宏观定律，不能用它求微观分子的运动速率，故C错误；气体分子的速率分布呈“中间多、两头少”的分布规律，与温度是否升高无关，故D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9．一定质量的氧气在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 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 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，即题图中两条曲线与横轴围成的面积相等，均等于1，故A错误；根据题图可知，氧气分子的速率分布都呈“中间多、两头少”的规律，故B错误；根据题图可知，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。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ √ 10．(多选)气体分子不停地做无规则运动，同一时刻都有向不同方向运动的分子，速率也有大有小，下表是氧气分别在0 ℃和100 ℃时，同一时刻在不同速率区间内的分子数占总分子数的百分比，由表得出下列结论正确的是 A ．气体分子的速率大小基本上是均匀分布的，每个速率区间的分子数大致相同 B．大多数气体分子的速率处于中间值，少数分子的速率较大或较小 C．随着温度升高，气体分子的平均速率增大 D．气体分子的平均速率基本上不随温度的变化而变化 按速率大小划分的区间/(m·s－1) 各速率区间的分子数占总分子数的百分比/% 0 ℃ 100 ℃ 100以下 1.4 0.7 100～200 8.1 5.4 200～300 17.0 11.9 300～400 21.4 17.4 400～500 20.4 18.6 500～600 15.1 16.7 600～700 9.2 12.9 700～800 4.5 7.9 800～900 2.0 4.6 900以上 0.9 3.9 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 由表格可以看出，在0 ℃和100 ℃两种 温度下，分子速率在200～700 m/s之间 的分子数的比例较大，故A错误，B正 确；在0 ℃和100 ℃两种温度下，分子 速率较大的区间中100 ℃时分子数所占 比例较大，故100 ℃时气体分子平均速 率高于0 ℃时气体分子平均速率，故D 错误，C正确。 按速率大小划分的区间/(m·s－1) 各速率区间的分子数占总分子数的百分比/% 0 ℃ 100 ℃ 100以下 1.4 0.7 100～200 8.1 5.4 200～300 17.0 11.9 300～400 21.4 17.4 400～500 20.4 18.6 500～600 15.1 16.7 600～700 9.2 12.9 700～800 4.5 7.9 800～900 2.0 4.6 900以上 0.9 3.9 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11．关于分子动理论，下列说法中正确的是 A．图甲“用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，应先滴油酸酒精溶液再撒痱子粉 B．图乙为水中某花粉颗粒每隔一定时间位置的连线图，连线表示该花粉颗粒做布朗运动的轨迹 C．图丙为分子力F与分子间距r的关系图，分子间距从r0开始增大时，分子力先变小后变大 D．图丁为大量气体分子热运动的速率分布图，曲线②对应的温度较高 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 “用油膜法估测油酸分子的大小”的实验中，为了便于显示出油膜的轮廓，应先在液面上撒痱子粉再滴油酸酒精溶液，故A错误；题图乙中的连线并不表示该花粉颗粒做布朗运动的轨迹，在连线之间的时间间隔内，花粉颗粒可能位于连线之外的其他位置，故B错误；由题图丙可知，分子间距从r0开始增大时，分子力先变大后变小，故C错误；当温度升高时，运动速率大的分子数占总分子数的比例增大，运动速率小的分子数占总分子数的比例减小，则题图丁中曲线②对应的温度较高，故D正确。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12．(多选)某地某天细颗粒物(PM 2.5等)的污染程度为中度，出现了大范围的雾霾。在11：00(2 ℃)和14：00(5 ℃)的空气分子速率分布曲线如图所示，横坐标v表示分子速率，纵坐标表示单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比。下列说法正确的是 A．细颗粒物在大气中的漂移是布朗运动 B．11：00时空气分子的平均速率比14：00时大 C．图中实线表示14：00时的空气分子速率分布曲线 D．单位时间内空气分子对细颗粒物的平均撞击次数 14：00时比11：00时多 √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 返回 细颗粒物在大气中的漂移是因为气流的作用，不属于布朗运动，故A错误；由题图可知实线对应的速率大的分子占的比例大，对应的气体分子温度较高，所以题图中实线表示14：00时的空气分子速率分布曲线，所以14：00时空气分子的平均速率比11：00时大，单位时间内空气分子对细颗粒物的平均撞击次数较多，故B错误，C、D正确。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 谢 谢 观 看 ！ 第一章　 　分子动理论 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 $