浙江专版2023-2024学年新教材高中物理第1章分子动理论3分子运动速率分布规律课件新人教版选择性必修第三册

3分子运动速率分布规律课前·基础认知课堂·重难突破素养·目标定位随堂训练素养•目标定位目标素养1.通过实验了解分子运动的特点,了解分子运动速率分布的统计规律。2.根据实例,了解氧气分子运动速率的分布特点,知道分子运动速率分布图像的物理意义。3.通过演示实验,帮助学生形成气体压强的微观图景,了解气体压强的微观解释。知识概览课前·基础认知一、气体分子运动的特点1.随机事件与统计规律。(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: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。

(4)统计规律:大量

随机事件

的整体往往会表现出一定的规律性,这种规律叫作统计规律。

2.气体分子运动的特点。(1)运动的自由性:由于气体分子间的距离比较大,分子间作用力很弱,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。

(2)运动的无序性: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

。

微思考1为什么说分子沿各个方向运动的机会均等?提示:分子的个数与它们所占空间体积之比叫作分子数密度,气体分子数密度巨大,分子间碰撞频繁,就某一个分子而言,在某一时刻它向哪一个方向运动,完全是随机的,因此,在任一时刻分子沿各个方向运动的机会是均等的。二、分子运动速率分布图像下图是氧气分子在0℃和100℃两种不同情况下的速率分布图像。由图像可以看出:(1)某一时刻,既有速率大的分子,也有速率小的分子。(2)大多数分子的速率和平均速率相差很小。(3)两个温度下,具有最大比例的速率区间是不同的。(4)分子速率呈现“

中间多,两头少

”的分布特点。

(5)温度升高,分子的

平均速率

增大。

(6)温度越高,分子的热运动越

剧烈

。

微探究

一定质量的氧气在0℃和100℃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。(1)图中两条曲线下面积相等吗?(2)图中实线和虚线哪条对应在0℃下的情况?(3)与0℃时相比,100℃时氧气分子速率出现在0~400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比更大还是更小?提示:(1)图中两条曲线下面积都表示100%,所以是相等的。(2)温度越高、分子热运动越剧烈,分子平均速率越大,速率大的分子所占比例越多,实线对应100

℃下的情况,虚线对应0

℃下的情况。(3)从题图中可看出0

℃时比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更大。三、气体压强的微观解释1.大小:等于气体作用在器壁

单位面积

上的压力。

2.产生原因:大量气体分子对器壁的

碰撞

引起的。

3.决定因素:微观上决定于分子的

平均速率

和分子的

密集程度

。

微思考2能否用雨滴撞击伞面时影响压力(压强)大小的因素来比拟说明影响气体压强的因素?提示:能。雨滴撞击伞面时压力(压强)大小与单位时间内落在伞面上的雨滴数有关,雨滴数越多,压力(压强)越大;另外还与雨滴质量大小、速度大小,即与雨滴动能大小有关,动能越大,压力(压强)越大。气体压强同上面的原理相似,压强大小与分子平均动能和分子密集程度有关。课堂·重难突破重难归纳1.运动自由性的结果。气体分子间距离大(约为分子直径的10倍),分子间作用力小(可忽略),可以自由运动,所以气体没有一定的体积和形状。一气体分子运动特点的深入理解2.无序性与规律性的矛盾和统一。(1)大量气体分子的速率分布呈现“中间多,两头少”的规律。(2)当温度升高时,“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动,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)单个或少量分子的运动是“个别行为”,具有不确定性。大量分子的运动是“集体行为”,具有规律性,即遵从统计规律。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v处单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比,所对应的温度为TⅠ、TⅡ、TⅢ,它们的大小关系是什么?提示:TⅠ<TⅡ<TⅢ典例剖析(多选)下图表示一定质量氧气分子在0℃和100℃两种不同情况下速率分布情况,由图可以判断下列说法正确的是(

)A.温度升高,所有分子运动速率变大B.图中虚线表示的是0℃时分子的速率分布情况C.0℃和100℃氧气分子的速率都呈现“中间多,两头少”的分布特点D.100℃氧气与0℃氧气相比,速率大的分子数比例较多氧气分子速率分布图像CD解析:温度越高,分子平均速率越大,但不是所有分子运动速率都变大,选项A错误;100

℃的氧气与0

℃氧气相比,速率大的分子数比例较多,所以图中虚线表示的是100

℃时分子的速率分布情况,选项B错误,D正确;由题图可知,0

℃和100

℃氧气分子速率都呈现“中间多,两头少”的分布特点,选项C正确。学以致用(多选)某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线如图所示,图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比,所对应的温度分别为T1、T2,对比不同温度情况,下列说法正确的是(

)A.T1>T2B.图中两条曲线与横坐标围成的面积相等C.温度为T1时气体分子的平均速率较大D.温度为T1的气体分子速率出现在0~200m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大BD解析:因为气体的温度越高,速率大的分子所占的比例越大,所以T1<T2,即当温度为T1时气体分子的平均速率较小,选项A、C错误;由题图可知,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,即相等,选项B正确;由题图可知,温度为T1的气体分子速率出现在0~200

m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大,选项D正确。重难归纳1.气体压强的产生。(1)原因分析: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,就会对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看,气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。二

对气体压强的理解(2)理论推导:选择一个与器壁发生正碰(可视为弹性碰撞)的气体分子为研究对象,由于是弹性碰撞,所以气体分子与器壁碰撞前后的动量大小为mv,方向相反,以碰撞前气体分子的速度方向为正方向,气体分子受到的冲量为FΔt=-mv-mv=-2mv,同理,我们也可以求出气体分子与器壁发生斜碰时分子给器壁的作用力。(3)结论:气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。2.决定气体压强大小的因素。(1)微观因素。①气体分子的密集程度:气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)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气体分子的平均速率:气体的温度越高,气体分子的平均速率就越大,每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大;从另一方面讲,分子的平均速率越大,在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多,累计冲力就越大,气体压强就越大。(2)宏观因素。①与温度有关:在体积不变的情况下,温度越高,气体分子的平均速率越大,则气体的压强越大。②与体积有关:在温度不变的情况下,体积越小,气体分子的数密度越大,则气体的压强越大。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二次方成反比,所以大气压力与气体的高度、密度有关,在地面上空不同高度处,大气压强不相等。一科普类栏目中曾播放过这样一个节目,把液氮倒入饮料瓶中,马上盖上盖子并拧紧,人立即离开现场。一会儿饮料瓶就爆炸了,你能解释一下原因吗?提示:饮料瓶内液氮吸热后变成氮气,分子运动加剧,使瓶内气体分子碰撞瓶内壁产生的压强增大,当瓶内外的压强差大于瓶子所能承受的限度时,饮料瓶发生爆炸。典例剖析(多选)下列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的重力产生的B.气体对器壁产生的压强在数值上等于作用在器壁单位面积上的平均作用力C.从宏观角度来看,气体的压强大小跟气体的温度和体积无关D.从微观角度来看,气体压强的大小跟气体分子的平均速率和分子的密集程度有关BD解析:大量的气体分子频繁、持续地碰撞器壁而对器壁产生了持续的压力,单位时间内作用在器壁单位面积上的平均作用力在数值上等于气体对器壁产生的压强,选项A错误,B正确;从宏观角度来看,当气体的质量一定时,气体的压强跟气体的温度和体积有关,选项C错误;从微观角度来看,气体分子的平均速率越大,单位体积内的气体分子数越多,气体对器壁的压强就越大,即气体压强的大小与气体分子的平均速率和分子的密集程度有关,选项D正确。规律总结气体压强的分析技巧

1.明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞。气体压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。

2.明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均速率。

3.只有知道了两个因素的变化,才能确定压强的变化,任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化。学以致用有关气体压强,下列说法正确的是(

)A.气体分子的平均速率增大,则气体的压强一定增大B.气体分子的平均速率增大,则气体的压强有可能减小C.气体分子的密集程度增大,则气体的压强一定增大D.气体分子的平均速率增大,则气体的压强一定不变答案:B解析:气体的压强与两个因素有关:一是气体分子的平均速率,二是气体分子的密集程度。平均速率增大的同时,气体的体积可能增大,使得分子密集程度减小,所以压强可能增大,也可能减小或不变。同理,当分子数密度增大时,分子平均速率也可能减小,压强的变化不能确定。故符合题意的为选项B。随堂训练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,小球聚集越多答案:D解析:根据统计规律可知,某个小球落在哪个槽是无规律的,选项A错误;大量小球在槽内的分布是有规律的,离槽口越近的地方分布小球较多,选项B、C错误,D正确。2.(多选)下列关于气体分子运动特点的说法正确的是(

)A.气体分子的间距比较大,所以气体分子间的作用力比较微弱B.同种气体中所有分子的运动速率基本相等C.气体分子向各个方向运动的可能性不相同D.气体分子的运动速率分布具有“中间多,两头少”的特点答案:AD解析:气体分子间距大于10r0,分子间作用力比较微弱,可以忽略,选项A正确;每个分子都在做无规则运动,所以并非所有分子速率基本相等,选项B错误;分子在做无规则运动,分子向各个方向运动的可能性基本相同,选项C错误;气体分子运动速率分布具有“中间多,两头少”的特点,选项D正确。3.(多选)关于气体热现象的微观解释,下列说法正确的是(

)A.密闭在容器中的气体,在某一时刻向各个方向运动的气体分子数目一定相等B.大量气体分子的速率有大有小,但是按“中间多,两头少”的规律分布C.气体压强的大小跟气体分子的平均速率、分子的密集程度这两个因素有关D.当某一容器自由下落时,容器中气体的压强将变为0答案:BC解析:虽然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,但是任一时刻与容器各侧面碰撞的气体分子数目基本相同