3. 分子运动速率分布规律（培优教学课件）物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦分子运动速率分布规律，通过抛硬币实验导入，以伽尔顿板、油酸实验为支架，引导学生从随机事件过渡到统计规律，进而理解气体分子运动特点、速率分布及压强微观本质。 其亮点在于融合科学思维与科学探究，通过伽尔顿板实验建构统计规律模型，结合分子速率分布数据表格培养数据分析能力，用钢珠撞击模拟气体压强微观机制。助力学生形成微观认知，教师可借助清晰逻辑与实验案例提升教学效果。

第一章 分子动理论 选择性必修三•人教版 3. 分子运动速率分布规律 本章将揭开物质最深邃的密码：从花粉颗粒的“布朗之舞”，到分子间引力的牵绊与斥力的对抗，我们将探寻“分子动理论”的三大基石——物质由大量微粒构成、微粒永不停息地无规则运动、微粒间存在复杂相互作用。这些原理如同交响乐的谱线，将微观粒子的混沌运动编织成宏观世界的秩序。当你透过实验与推演凝视这个活跃的微观宇宙，便会发现：每一粒尘埃都承载着星辰般的壮阔，每一寸寂静都暗藏永恒的沸腾。 导入新课 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？ 物理观念 初步了解什么是统计规律。 科学思维 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。 科学探究 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。 科学态度 与责任 激发探索热现象微观本质的兴趣，培养严谨分析实验数据、客观归纳统计规律的科学探究态度。 学习目标 重点难点 重点 统计规律的核心内涵（结合伽尔顿板、抛硬币实验理解“大量随机事件的整体规律”）；气体分子运动的三大特点（自由性、单个分子无序性、大量分子规律性）分子速率分布的“中间多、两头少”规律（结合氧气分子速率数据与图像理解）；温度对分子速率分布的影响（峰值向高速区移动的物理意义）。 难点 气体压强的微观本质（从“单个分子碰撞的偶然性”到“大量分子碰撞的统计均匀性”的逻辑衔接）；统计规律的应用辨析（区分“单个分子”与“大量分子”的规律差异）。 一、气体分子运动的特点 3. 分子运动速率分布规律 一、气体分子运动的特点 伽尔顿板的上部规则地钉有铁钉，下部用竖直隔板隔成等宽的狭槽，从顶部入口投入一个小球时，小球落入某个狭槽是偶然的。 如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。靠近入口的狭槽内的小球数目多，远离入口的狭槽内小球的数目少。 重复几次实验你会发现，其分布情况遵从一定的规律。由此你能得到什么启发吗？ 一、气体分子运动的特点 实验现象：伽尔顿板实验尽管单个小球落入哪个狭槽是偶然的，少量小球按狭槽的分布也带有明显的偶然性，但大量的小球按狭槽的分布是稳定的。即在大量的小球的情况下，小球落入某狭槽的概率服从一定的统计规律。 一、气体分子运动的特点 我们可以认为，液体的分子是一个挨着一个地排列的。液体变为气体后，体积要增大上千倍，可见，气体分子间距离大约是分子直径的 10 倍左右。分子的大小相对分子间的空隙来说很小，所以，可以把气体分子视为质点。 一、气体分子运动的特点 大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律就叫作统计规律。热现象与大量分子热运动的统计规律有关。 1．随机性 (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： 在一定条件下，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。 2．统计规律： 单个分子的运动无规律，大量分子整体运动有规律。 一、气体分子运动的特点 1. 气体分子运动的自由性：由于气体分子间距离比较大，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，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。 一、气体分子运动的特点 2.单个分子运动的无序性：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。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。 3.大量分子运动的规律性：在任一时刻向容器各个方向 运动的分子数是均等的。 二、分子运动速率分布图像 3. 分子运动速率分布规律 二、分子运动速率分布图像 讨论：分子的运动速率有没有规律？ 氧气在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 试归纳分子运动速率的规律？ 二、分子运动速率分布图像 1.分子速率呈现“中间多、两头少”的分布。 2.温度升高时，速率大的分子数增加，速率小的分子数减少，即 温度越高，分子的热运动越剧烈。 3.温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动，即温度升高，气体分子的平均速率变大。 三、气体压强的微观解释 3. 分子运动速率分布规律 三、气体压强的微观解释 从分子动理论的观点来看，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），就是这个撞击对器壁产生了作用力，从而产生了压强。 气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。 FΔt=-mv-mv=-2mv 动量定理： 牛顿第三定律 三、气体压强的微观解释 一颗钢珠对秤盘的压力很小， 作用时间也很短 一颗钢珠 大量钢珠 单个分子对容器壁的撞击是间断的、不均匀的。 大量的钢珠对秤盘的频繁碰撞，就对秤盘产生了一个持续的、均匀的压力 大量分子对容器壁的作用就表现为连续的和均匀的。 类比 类比 三、气体压强的微观解释 ① 气体分子的密集程度：气体分子的密集程度越大，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。 ② 气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能越大，气体分子与器壁碰撞产生的作用力越大。 1.微观角度 决定气体压强大小的因素 三、气体压强的微观解释 气体压强P 的大小与气体的 体积V 和 温度T 都有关！ 2.宏观角度 ② 气体温度T：气体分子的平均动能越大，气体温度越高，气体压强就越大。 ① 气体体积V ：气体分子的密集程度越大，气体体积越小， 气体压强就越大。 三、气体压强的微观解释 从宏观上看，一定质量的气体，体积不变仅温度升高或温度不变仅体积减小都会使压强增大。从微观上看，这两种情况有没有区别？ 因为一定质量的气体的压强是由单位体积内的分子数和气体分子的平均速率决定的，气体温度升高，气体分子运动加剧，分子的平均速率增大，分子撞击器壁的作用力增大，故压强增大。气体体积减小时，虽然分子的平均速率不变，分子对容器的撞击力不变，但单位体积内的分子数增多，单位时间内单位面积上撞击器壁的分子数增多，故压强增大。所以这两种情况下在微观上是有区别的。 三、气体压强的微观解释 四、课堂总结 3. 分子运动速率分布规律 1.“两头小、中间大” 2.温度升高，热运动平均速率增大 3.滥度是大量分子热运动剧烈程度的标志 分子热运动速率分布规律 一、气体分子运动特点 1.分子间作用力忽略不计 2.分子视为质点，分子间的碰撞视为弹性碰撞 3.向各个方向运动的气体分子数相等(各向同性) 二、气体速率分布 三、气体压强微观解释 1.产生原因：大量气体分子频繁撞击容器壁产生的 2.压强的影响因素： (1)气体分子的平均速率。（与温度有关） (2)气体分子的数密度。 （与体积有关） 五、练习与应用 3. 分子运动速率分布规律 五、练习与应用 1　(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不会发生变化 【答案】BC 五、练习与应用 【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，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，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，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． 五、练习与应用 2.(2025年邢台期中)一定质量的某种理想气体，在0 ℃和100 ℃温度下气体分子的运动速率分布曲线如图所示. 结合图像，下列说法正确的是(　　) A．100 ℃温度下的图像与横轴围成的面积等于1 B．0 ℃温度下，低速率分子占比更小，气体分子的总动能更大 C．相同体积下，0 ℃的气体对应的气体压强更大 D．相同体积下，100 ℃的气体在单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数更少 五、练习与应用 【答案】A 【解析】速率分布曲线的面积意义就是将每个单位速率的分子占分子总数的百分比进行累计，累加后最终的结果都等于1，A正确；100 ℃温度下，低速率分子占比更小，气体分子的总动能更大，B错误；相同体积下，100 ℃的气体对应的气体压强更大，C错误；相同体积下，气体分子数密度相同，温度高时分子的平均速率大，则气体在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，D错误． 五、练习与应用 3.如图所示，是模拟气体压强产生机理的演示实验．操作步骤如下：①把一颗豆粒从距秤盘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使100颗左右的豆粒从40 cm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动能的关系 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 五、练习与应用 【答案】D 【解析】步骤①和②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分子密集程度的关系，也说明大量的豆粒连续地作用在盘子上能产生持续的作用力，即反映了气体压强产生的原因，A错误，D正确；步骤②和③的豆粒个数相同，让它们从不同的高度落下，豆粒撞击的速率不同，所以它们模拟的是气体压强与分子的速率的关系，或者说是气体的压强与气体分子平均动能的关系，B、C错误． 六、提升训练 3. 分子运动速率分布规律 六、提升训练 1．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占总分子数的百分比，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，下列说法错误的是(　　) A．气体速率均呈“中间多、两头少”的 分布，但是最大比例的速率区间是不同的 B．TⅠ＞TⅡ＞TⅢ C．温度高的气体，速率大的分子比例较多 D．从图像中可以直观体会到温度越高，分子运动越剧烈 六、提升训练 【答案】B 【解析】由图知，气体速率均呈“中间多、两头少”的分布，但是最大比例的速率区间是不同的，故A正确；气体的温度越高，速率较大的分子所占的比例越大，所以TⅠ＜TⅡ＜TⅢ，故B错误；随着温度的升高，气体分子中速率大的分子所占的比例增大，故C正确；由图像知，温度越高，气体分子中速率大的分子所占的比例增大，分子运动越剧烈，故D正确．本题选错误的，故选B． 六、提升训练 2．如图为密闭钢瓶中的理想气体分子在两种不同温度下的速率分布情况，可知一定温度下气体分子的速率呈现____ __________(填“两头多、中间少”或“两头少、中间多”)的分布规律；T1温度下气体分子 的平均速率________(填“大于”“等于”或“小于”)T2温度下气体分子的平均速率． 六、提升训练 【答案】两头少、中间多　小于 【解析】由题图可知，一定温度下气体分子的速率呈现两头少、中间多的分布规律．温度是分子热运动剧烈程度的标志，温度升高时，速率小的分子所占的百分比减小，速率大的分子所占百分比变大，分子的平均速率增大，则T1温度下气体分子的平均速率小于T2温度下气体分子的平均速率． 六、提升训练 3．如图，绝热密闭容器中有一个气球，气球内、外为温度相同的同种理想气体．已知膨胀的气球内部压强总是大于外部压强，且随气球体积的增大而减小．现气球因某种原因缓慢漏气，与漏气前相比 (　　) A．气球外部气体的压强保持不变 B．气球外部气体分子平均动能增大 C．气球内部所有气体分子的动能都增大 D．气球内部气体的分子速率分布图峰值将向左移 六、提升训练 【答案】B 【解析】气球漏气，气球外部气体密度增大，所以气球外部气体压强增大，A错误；气球漏气，体积减小，气球弹性势能减小，转化为容器系统的内能，容器内系统温度升高，所以气球外部气体的平均动能增大，B正确；温度升高是气体平均分子动能增大，不一定所有的分子的动能都增大，C错误；温度升高，分子平均速率增大，所以气体的分子速率分布图的峰值将向右移，D错误． Lavf56.15.102 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 $