1.3 分子运动速率分布规律 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三 册

完成一个小目标，需要一个大智慧！ 授课教师：李长青 1.3 分子运动速率分布规律 学习目标 人教版(2019)选必修 第三册 1.了解什么是“统计规律”。 2.理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。 1 教学重点 1 教学重点 2 教学难点 3 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）。 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）。 重点难点 可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。其分布情况遵从一定的规律。 伽尔顿板 个体——随机性 大量——规律性 演示：伽尔顿板实验 上部：规则地钉有铁钉； 下部：用竖直隔板隔成等宽的狭槽。 装置 新课导入 讨论一下抛硬币的结果有什么规律？ 1.个别事件的出现有其偶然性和随机性 2.大量随机事件的整体会表现出一定的规律----统计规律 单次出现正面或反面完全无规律 多次出现正面或反面的概率相等 单个分子的运动无规律 大量分子热运动遵从一定的统计规律 思考：分子的热运动遵从怎样的规律？ 随机事件 学习任务一： 气体分子运动的特点 1.气体分子 3.分子运动特点 除碰撞外，做匀速直线运动 思考：气体分子可视为质点吗？相邻分子间作用力大小如何？ 大量气体分子的整体，在任一时刻分子沿各个方向 运动的数目相等。 分子间无分子力 2.分子间作用力 视为质点 气体充满它能到达的空间 这两个特点依据各是什么？ 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。 液体的分子 一个挨着一个地排列 气体的分子 距离大约是分子直径的10倍左右 液体变为气体后，体积要增大上千倍 质点 分子的大小相对分子间的空隙来说很小 分子间的作用力很弱 分子的个数与它们所占空间体积之比叫作分子的数密度，通常用n 表示。 气体距离大约是分子直径的10倍左右 但分子的数密度仍然十分巨大 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 而且向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。 虽然气体分子的分布比液体稀疏 气体的分子 质点 自由性：气体充满它能达到的整个空间 无序性：每个分子的速度大小和方向频繁的改变，分子的运动杂乱无章。 规律性：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 模拟实验视频：气体分子运动的特点 3、分子运动速率分布图像 各速率区间的分子数占总分子数的百分比 分子的速率 氧气分子的速率分布图像 ①0℃和100℃氧气分子速率分布具有什么特点？ ②具有最大比例的速率区间与温度有什么关系？ ③比较两个温度下，氧气分子的平均速率哪个大？ 分析图像中的信息，回答问题： 温度越高，该区间的速率越大 无法确定 等于1 代表各个速率区间分子数占总分子数百分比之和; 曲线与横轴所围面积含义是什么？若整个速率区间，则面积总和等于多少？ 思考: 温度升高，具体到某一个气体分子，其速率一定变大吗？ 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，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。 4.图线与横轴所围面积相等，都等于1。 【特别提醒】大量分子运动是“集体行为”，具有规律性，遵守统计规律。 单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。即温度升高，气体分子的平均速率变大，但是具体到某一个气体分子，其速率可能变大也可能变小，无法确定。 3.分子运动速率分布图像 学习任务评价一 【例1】（多选）对于气体分子的运动，下列说法正确的是（ ） A．一定温度下某理想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．一定温度下某理想气体的分子速率一般不等，但速率很大和速率很小的分子数目相对较少 C．一定温度下某理想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 D．一定温度下某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均动能可能减少 BD 【例2】 氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。 下列说法正确的是 ( 　 　) A.与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子 数的百分比较大 B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形 C.图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形 D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目 E.图中两条曲线下面积相等 BCE 学习任务二： 气体压强的微观解释 1. 气体压强的形成原因：大量气体分子不断撞击器壁引起的 大量气体分子碰撞器壁，产生持续的压力，单位面积上受到的压力就是压强。 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 1.气体压强的形成原因： 大量气体分子不断撞击器壁的结果。 推导：由动量定理 FΔt = -mv-mv=-2mv 气体分子受力 牛顿第三定律器壁受力 气体压强： 持续均匀的压力 大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 若容器中气体分子的平均速率越大，气体分子的数密度越大，单位面积容器壁上受到的平均作用力也会越大，压强就越大。 演示：模拟气体压强产生的机理 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 2. 决定气体压强大小的因素 气体压强P 的大小与气体的 体积V 和 温度T 都有关！ 气体分子的平均动能越大， 气体温度越高，气体压强就越大。 气体分子的密集程度越大， 气体体积越小， 气体压强就越大。 （2）宏观角度 ① 气体体积V ② 气体温度T 气体分子的密集程度n 气体分子的平均动能 微观因素 体积V 宏观因素 温度T 3.大气压强宏观来看是由于大气层的重力产生。 2.液体压强由液体的重力产生，完全失重状态下液体压强消失。 1.气体压强由气体分子的无规则运动持续撞击容器壁产生，与气体状态无关。 思考：气体、液体压强与大气压强的区别 ①深度越深，压强越大 ②同一高度压强相等 ①深度越深，压强越大 ②地球表面P0= 1.01x105Pa 学习任务评价二 【例3】对于一定质量的气体，下列说法正确的是 (　 　) A.温度升高，气体中每个分子的速率都增大 B.在任一温度下，气体分子的速率分布都呈现“中间多、两头少”的分布规律 C.从微观角度看，气体的压强取决于气体分子的平均速率和分子的数密度 D.温度不变时，气体的体积减小，压强一定增大 BCD 【例4】下面关于气体压强的说法正确的是 ( 　 　 ) A.气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的 B.气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力 C.从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关 D.从宏观角度看，气体压强的大小跟气体的温度和体积有关 ABCD 课堂小结 温度是大量分子热运动剧烈程度的标志 分子运动速 率分布规律 气体分子运动特点 运动的自由性 运动的无序性 大量分子运动的规律性 分子速率分布图像 中间多两头少 气体压强微观解释 微观角度 密集程度 平均动能 宏观角度 体积 温度 课堂练习 【1】(多选)如图，封闭在汽缸内一定质量的某种气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是( 　 ) A.气体分子的数密度增大 B.所有气体分子的运动速率一定增大 C.气体的压强增大 D.每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 CD 【2】如图所示为某一定质量的气体分子在两种不同温度下的速率分布图象，下列说法中不正确的是（　　） A．图中状态①的气体分子平均动能比状态②的大 B．图中状态①曲线下的面积比状态②曲线下的面积一样 C．图中曲线给出了任意速率区间的某气体分子数占总分子数的百分比 D．此气体若是理想气体，则在图中状态①的内能比状态②的内能小 D 【答案】D 【解析】A．由图可知，①中速率大分子占据的比例较大，则说明①对应的平均动能较大，故A正确，不符题意； B．因气体分子的总量一定，则按照各速率区间的分子数百分比分布的总和为100%，故图中状态①曲线下的面积和状态②曲线下的面积相等为1，故B正确，不符题意； C．图中曲线给出了任意速率区间的某气体分子数占总分子数的百分比，故C正确，不符题意； D．此气体若是理想气体，则内能只与温度有关，而①对应的温度较高，所以在图中状态①的内能比状态②的内能大，故D错误，符合题意。 故选D。 【3】(多选)关于气体的压强，下列说法正确的是（ ） A.气体分子频繁地碰撞器壁是产生压力形成压强的重要因素 B.大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分 压强相等 C.温度升高，分子对器壁碰撞更加频繁，压强一定增大 D.温度一定时，体积变小，单位体积内分子数增多，对器壁碰撞更加频 繁，压强增大 ABD 【4】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 D 谢谢聆听 鼎力物理制作，盗版必究 谢谢聆听 各占1/6 分子热运动的平均动能 分子数密度 拓展：气体压强微观表达式的推导 正方体密闭容器中有大量气体分子,每个气体分子质量均为m,单位体积内气体分子个数为n,其速率均为v,如果所有粒子都沿相同方向运动并发生碰撞且为弹性正碰，试着导出气体压强大小P? P== = nmv2 解：设时间Δt内有N个气体分子与面积为S的器壁发生弹性正碰。 据动量定理可知： I总=FΔt=-Nmv-Nmv=-2Nmv 解得F= 据牛顿第三定律可知： 器壁受力F’=-F= Δt内通过的距离L=vΔt 气体总体积V=LS=LvΔt 气体分子总个数N=nLvΔt 实际上气体分子沿立方体6个方向运动机会均等，则实际压强应为： = nEk 坚持 很酷 Lavf58.45.100 Lavf57.83.100 Lavf58.29.100 Packed by Bilibili XCoder v2.0.2 EQ \F(2,3) $