1.3 分子运动速率分布规律 课件-2026-2027学年高二下学期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，涵盖统计规律、气体分子运动特点、速率分布图像及压强微观解释。通过抛硬币、豆粒模拟等情境探究引入统计规律，结合分子运动特点和速率分布图像，构建从宏观现象到微观本质的学习支架。 其亮点是以情境探究和图像分析为核心，融入物理观念与科学思维。通过伽尔顿板实验、麦克斯韦速率分布曲线等实例，帮助学生建立微观统计思想，教师可利用结构化资源提升教学效率，培养学生模型建构和科学推理能力。

第一章 3.分子运动速率分布规律 学习目标 1.了解什么是统计规律。(物理观念) 2.理解气体分子运动的特点及气体分子运动速率分布的统计规律。(物理观念) 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。(科学思维) 基础落实·必备知识全过关 一、气体分子运动的特点 1.随机事件与统计规律 (1)在一定条件下,若某事件　　　　出现,这个事件叫作必然事件。  (2)在一定条件下,若某事件　　　　　　出现,这个事件叫作不可能事件。  (3)若在一定条件下某事件　　　　出现,也　　　　不出现,这个事件叫作随机事件。  (4)大量　　　　　　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。 个别事件出现具有偶然性,大量事件出现具有规律性  必然 不可能 可能 可能 随机事件 2.气体分子运动的特点 (1)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___________　　　　　　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　　　　　　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　　　　。  匀速直线 任何一个 相等 二、分子运动速率分布图像 1.分布图像 2.规律:在一定温度下,气体分子的速率都呈“　　　　 　　　　　　　　”的分布。当温度升高时,气体分子的速率分布规律不变,速率大的分子比例 较　　　 　,其分子的平均速率比原来温度的　　　　,分布曲线的峰值向速率大的一方移动。  温度高也有速率小的分子 分子数的百分比大的 3.温度越高,分子的热运动　　　　　　。  中间多、两头少 多 大 越剧烈 【要点提示】 温度升高时,不是每个分子的速率都变大,而是速率大的分子占的百分比变大。 三、气体压强的微观解释 1.产生原因 气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。压强就是器壁 　　　　　上受到的压力。  2.决定因素 微观上决定于分子的平均速率和分子的数密度。 (1)若某容器中气体分子的平均速率越大,单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越　　　。  (2)若某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　　　,平均作用力也会较　　。  单位面积 大 多 大 微思考·情境探究 情境1在抛硬币游戏中, 把一枚硬币抛起来后落到地面上, 硬币的正面向上还是反面向上完全是随机的。当抛硬币的次数非常多时, 硬币正面向上和反面向上的概率是相等的。这表明什么? 提示 个别事件的出现具有随机性,但大量事件出现的概率遵从一定的统计规律。 情境2某同学观察气体分子速率,发现有的分子快、有的分子慢,无法预测单个分子下一刻的速率。但统计大量分子,呈现稳定分布。 这种整体稳定的规律叫什么? 提示 统计规律。 情境3在课堂实验中,用豆粒模拟气体分子,把豆粒从同一高度持续倒在托盘天平的托盘上,天平指针会发生偏转。若加快倒豆粒的速度,或提高下落高度,指针偏转更明显。豆粒不断撞击托盘,类比气体分子撞击容器壁,整个过程直观展现压强的微观成因。 (1)该实验中,豆粒对托盘的持续作用力类比气体的什么物理量? (2)加快倒豆粒模拟什么微观因素? 提示 (1)类比气体压强,压强由大量分子频繁、持续碰撞器壁产生。 (2)加快倒豆粒模拟分子数密度增大,会使碰撞的分子数增多,压强增大。 基础转化·夯实基础提能力 基础转化点1辨析单个与大量分子的差异 AI解读统计规律只对大量分子成立,不能预测单个分子速率。该知识点是易错点,常在概念判断中出现,帮助建立微观统计思想。 1.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有规律的 C.越接近漏斗形入口处的槽内,小球聚集越少 D.大量小球落入槽内后均匀分布在各槽中 B 解析 如果从入口处投入单个小球或者少量小球,小球落在哪个槽是偶然、随机的,大量小球投入,落入槽的分布情况是有规律的,多次重复实验可知,小球落在槽内的分布是不均匀的,中间槽最多,两边最少,越接近漏斗形入口处的槽内,小球聚集越多。故选B。 2.关于气体分子的运动情况,下列说法正确的是(　　) A.某一时刻不同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.某一温度下,大多数气体分子的速率不会发生变化 D.分子的速率分布毫无规律 B 解析 不同速率的分子数目并不是相等的,呈“中间多、两头少”的分布规律,故A、D错误;由于分子之间频繁地碰撞,分子随时都会改变自己的运动状态,因此在某一时刻,一个分子速度的大小和方向是偶然的,故B正确;某一温度下,每个分子的速率仍然是随时变化的,只是分子运动的平均速率不变,故C错误。 基础转化点2 分子运动速率分布图像的应用 AI解读分子运动速率分布图像是直观呈现分子速率统计规律的工具,属于本章核心识图考点。通过图像能判断温度变化、速率占比情况,常结合不同温度对比的图像情境考查,帮助理解分子运动整体特点。 3.(多选)麦克斯韦分子速率分布规律是分子动理论的重要结论之一,它是研究气体分子碰撞、大量分子热运动服从统计规律等问题的重要理论依据,正确理解它对学习热学非常有用。分子速率分布曲线表明速率很小和很大的分子数占总分子数的百分率都较小,而具有中等速率的分子数占总分子数的百分率较大,当v=vp时,f(v)取极大值,vp称为最概然速率,其物理意义是如果把整个速率范围分成许多相等的小区间,则分布在vp所在小区间的分子数占总分子数的百分比最大。 下列说法正确的是(　　) A.因为这些是概率分布,所有速率的概率和为1 B.在有限速率区间v1~v2内,曲线下的阴影面积的物理意义是速率分布在v1~v2的分子数占总分子数的百分比,或一个分子的速率在v1~v2内的概率 C.任何温度下气体分子速率分布图像都一样 D.温度降低时,每个气体分子速率都减小 麦克斯韦速率分布曲线 AB 解析 因为题图是概率分布,所有速率的概率和为1,故A正确;在有限速率区间v1~v2内,曲线下的阴影面积的物理意义是速率分布在v1~v2的分子数占总分子数的百分比,或一个分子的速率在v1~v2内的概率,故B正确;不同温度下气体分子速率分布图像不一样,温度升高,峰值向速率较大的方向移动,故C错误;温度降低时,分子的平均速率减小,不是每个气体分子速率都减小,故D错误。 4.1933年,我国物理学家葛正权首次以实验数据定量验证了麦克斯韦速度分布规律。氧气在不同温度下的分子速率分布情况如图所示,图中实线1、2对应氧气的温度分别为T1、T2,下列说法正确的是(　　) A.T1<T2 B.同一温度下,氧气分子的速率分布呈现出 “中间少、两头多”的分布规律 C.实线1与横轴围成的面积大于实线2与横轴 围成的面积 D.温度为的氧气的分子速率分布情况曲线可能是图中的虚线 A 解析 图中曲线峰值所对应的分子速度越大,温度越高,所以T1<T2,故A正确;同一温度下,氧气分子的速率分布呈现出“中间多、两头少”的分布规律,故B错误;实线1与横轴围成的面积等于实线2与横轴围成的面积,故C错误;温度为的氧气的分子速率分布规律曲线应该位于实线1与实线2之间,不可能为图中虚线,故D错误。 5.汽缸内封闭有一定质量的气体,在某次压缩过程中,缸内气体的温度从T1迅速升高至T2。下列各图中,纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比,图线Ⅰ、Ⅱ分别为缸内气体在T1、T2两种温度下的分子速率分布曲线,其中正确的是(　　) A 解析 气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布规律,当温度升高时,气体分子的平均速率增大,且速率大的分子所占的比例升高,分布曲线的峰值向速率大的一方移动,分子速率的曲线变平坦,两图线与坐标轴所围的面积相等。故选A。 基础转化点3 从微观到宏观转变 AI解读从微观角度阐释压强成因,是速率分布规律的实际应用。定位为微观运动转向宏观压强的关键纽带,多结合碰撞、分子数密度、温度变化等情境出题,解释气体压强变化原因。 6.(多选)(2026山东菏泽高二阶段检测)一定质量的某种理想气体,在0 ℃和100 ℃温度下气体分子运动速率分布图像如图所示,则下列说法正确的是 (　　) A.0 ℃温度下的图像与横轴围成的面积更大 B.100 ℃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小 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 BC 解析 任何温度下的图像与横轴围成的面积都相等,A错误;100 ℃温度下,低速率分子占比更小,分子平均速率更大,故对于同一气体,气体分子的总动能更大,B正确;相同体积下,0 ℃的气体分子平均速率较小,气体对器壁的平均作用力较小,则对应的气体压强较小,C正确;相同体积下,100 ℃的气体分子平均速率较大,则在单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数更多,D错误。 重难探究·能力素养全提升 命题角度 密闭气体压强的微观解释 1.影响气体压强大小的宏观因素 (1)温度:温度越高(其他条件不变),气体的压强越大。 (2)体积:体积越小(其他条件不变),气体的压强越大。 2.气体压强与大气压强的区别与联系 比较项 气体压强 大气压强 区别 ①密闭容器内的气体由自身重力产生的压强极小,可忽略不计,故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的数密度和平均速率决定,与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到地球引力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用,地球表面就没有大气,从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积,近似等于地球大气层所受的重力值 ③大气压强最终也是通过分子碰撞对放入其中的物体产生压强 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的 3.气体压强与液体压强的区别 气体对容器壁的压强由气体分子对容器壁的碰撞产生,大小由气体分子的密集程度和温度决定。液体压强是由自身重力所产生的,液体完全失重后将不再产生压强。根据压强的定义可推得,液体内部的压强公式p=ρgh。 例题1(多选)如图所示,一定质量的某种气体封闭在汽缸内,如果体积保持不变,当温度升高时,下列说法正确的是(　　) 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 解析 封闭气体的体积不变,气体质量不变,气体的分子数不变,所以气体分子的数密度不变,A错误;温度升高,气体分子运动的平均速率增大,但不是所有分子的运动速率都增大,B错误;体积不变而温度升高时,分子运动的平均速率增大,与器壁碰撞的作用力增大,气体的压强增大,C正确;温度升高,分子的平均速率增大,一定时间内能够到达器壁的分子数增多,所以每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多,D正确。 例题2虽然单个粒子撞击在一个巨大物体上的力是局部而短暂的脉冲,但大量粒子频繁撞击在物体上产生的平均效果是个均匀而持续的压力。为简化问题,我们设粒子流中每个粒子(重力不计)的速度都与物体的壁面垂直,并且速率也一样,皆为v。此外,设每个粒子的质量为m,数密度(即单位体积内的粒子数)为n①。求下列两种情况下壁面受到的压强。 (1)粒子完全射入壁面②; (2)粒子等速率弹回③。 答案 (1)nmv2　(2)2nmv2 解析 (1)设粒子撞击到面积为S的壁面上,压强为p,则在Δt时间内撞击到壁面上的粒子的个数N=nvΔtS,因此粒子的总质量为m0=mN=mnvΔtS 取粒子速度v的方向为正方向,由动量定理有0-m0v=-FΔt=-pSΔt 解得p=nmv2。 (2)若粒子等速率弹回,设壁面受到的压强为p1,由动量定理有-m0v-m0v= -F1Δt=-p1SΔt,解得p1=2nmv2。 【教你析题】 读取题干 获取信息 ① Δt时间内能撞击到壁面上的粒子的个数N=nvΔtS,粒子的总质量为m0=mN=mnvΔtS ② 粒子撞击后的速度减为零 ③ 粒子撞击后的速度与初速度等大反向 【教你破题】 学以致用·随堂检测全达标 1 2 3 4 1.(气体分子运动的特点)气体能够充满密闭容器,说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外(　　) A.气体分子可以做布朗运动 B.气体分子的速率都一样大 C.相互作用力十分微弱,气体分子可以自由运动 D.相互作用力十分微弱,气体分子间的距离都一样大 C 1 2 3 4 解析 布朗运动是固体小颗粒的无规则运动,故A错误;气体分子的运动是杂乱无章的,分子的速率有大有小,故B错误;气体分子的相互作用力十分微弱,气体分子可以自由运动,使得气体没有固定形状,故C正确;气体分子的相互作用力十分微弱,由于频繁撞击,使得气体分子间的距离不一样大,故D错误。 1 2 3 C 4 2.(气体分子运动特点和气体压强)关于气体的压强和分子的运动情况,下列说法正确的是(　　) A.气体的压强是由气体分子间的吸引和排斥产生的 B.当某一容器自由下落时,容器中气体的压强将变为零 C.气体分子的平均速率减小,气体的压强不一定减小 D.温度变化时,大多数气体分子的速率不会发生变化 1 2 3 4 解析 气体的压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的,与气体分子间的吸引和排斥无关,故A错误;当某一容器自由下落时,容器中气体分子的热运动不会停止,则气体的压强不为零,故B错误;气体分子的平均速率减小,若气体体积减小,气体的压强不一定减小,故C正确;每个分子的速率都是随机变化的,温度变化时,气体分子的平均速率发生变化,故D错误。 1 2 3 4 C 3.(气体分子运动速率分布图像)(2025江苏卷改编)一定质量的理想气体,体积保持不变。在甲、乙两个状态下,该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比,该气体在状态乙时(　　) A.分子的数密度较大 B.分子间平均距离较小 C.温度更高 D.单位时间内分子碰撞单位面积器壁的 次数较少 1 2 3 4 解析 该气体质量不变,即分子总数不变,同时气体体积不变,则分子数密度不变,平均每个分子占据的空间大小不变,即分子间平均距离保持不变,故A、B错误;由分子速率分布图像可知,气体在状态乙时比在状态甲时速率大的分子更多,即气体在状态乙温度更高,故C正确;在状态乙时气体温度较高,分子的平均速率较大,同时气体体积不变,则气体在状态乙时单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较多,故D错误。 1 2 3 BD 4 4.(气体压强的微观决定因素)(多选)对于一定质量的气体,下列说法正确的是(　　) A.气体的体积变小时,单位体积的分子数增多,单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多,则气体的压强一定增大 B.密封在容积不变的容器中的气体,若温度升高,则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大 C.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,撞击器壁时对器壁的作用力增大,则气体的压强一定增大 D.气体的温度降低,体积减小,压强可能不变 1 2 3 4 解析 气体体积变小时,单位体积的分子数增多,但当温度下降时,分子的平均速率减小,单位时间内打到器壁单位面积上的分子数不一定增多,气体的压强也不一定增大,故A错误;密封在容积不变的容器中的气体,气体分子数密度不变,温度升高,则气体分子平均速率变大,则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大,故B正确;气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,撞击器壁时对器壁的作用力增大,但若气体体积增大,分子数密度减小,单位时间内撞击器壁的分子数减少,则气体的压强不一定增大,故C错误;气体温度降低时,分子的平均速率减小,撞击器壁时对器壁的作用力减小,但是体积减小,分子数密度增大,单位时间内撞击器壁的分子数增多,则气体的压强可能不变,故D正确。 $