人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學案：1 3 分子運動速率分布規(guī)律

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGEPAGE1第3節(jié)分子運動速率分布規(guī)律學習目標要求核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力1.了解隨機性與統(tǒng)計規(guī)律。2.知道氣體分子運動的特點、分子運動速率分布圖像規(guī)律。3.能用氣體分子動理論解釋氣體壓強產(chǎn)生的原因。4.知道影響氣體壓強大小的微觀因素。1.科學推理利用微觀解釋分析氣體壓強。2.科學思維用統(tǒng)計規(guī)律分析分子運動速率分布。一、隨機性與統(tǒng)計規(guī)律氣體分子運動的特點1.隨機性與統(tǒng)計規(guī)律(1)必然事件：在一定條件下必然出現(xiàn)的事件。(2)不可能事件：在一定條件下不可能出現(xiàn)的事件。(3)隨機事件：在一定條件下可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)的事件。(4)統(tǒng)計規(guī)律：大量隨機事件整體表現(xiàn)出來的規(guī)律。2.氣體分子運動的特點(1)由于氣體分子間的距離比較大，分子間作用力很弱。通常認為，氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運動，因而氣體會充滿它能達到的整個空間。(2)分子的運動雜亂無章，在某一時刻，向著任何一個方向運動的分子都有，而且向各個方向運動的氣體分子數(shù)目幾乎相等。〖判一判〗(1)由于氣體分子間距離較大，所以氣體很容易被壓縮。(√)(2)氣體之所以能充滿整個空間，是因為氣體分子間相互作用的引力和斥力十分微弱，氣體分子可以在空間自由運動。(√)(3)某一時刻一個分子的速度大小和方向是偶然的。(√)二、分子運動速率分布圖像1.氣體分子速率呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布。當溫度升高時，對某一分子在某一時刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中間多”的分子速率值在增加。2.溫度越高，分子的熱運動越劇烈。三、氣體壓強的微觀解釋1.氣體壓強的大?。旱扔跉怏w作用在器壁單位面積上的壓力。2.產(chǎn)生原因：大量氣體分子對器壁的碰撞引起的。3.決定氣體壓強的微觀因素(1)若某容器中氣體分子的平均速率越大，單位時間內(nèi)、單位面積上氣體分子與器壁的碰撞對器壁的作用力就越大。(2)若容器中氣體分子的數(shù)密度大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多，平均作用力也會較大?！寂幸慌小?1)密閉容器中氣體的壓強是由氣體的重力而產(chǎn)生的。(×)(2)密閉容器中氣體的壓強是由于分子間的相互作用力而產(chǎn)生的。(×)(3)氣體分子的平均速率越大，分子數(shù)密度越大，氣體壓強越大。(√)探究1氣體分子運動的特點1.對統(tǒng)計規(guī)律的理解(1)個別事件的出現(xiàn)具有偶然性，但大量事件出現(xiàn)的機會，卻遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律。(2)從微觀角度看，由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的，這些分子并沒有統(tǒng)一的運動步調(diào)，單獨來看，各個分子的運動都是無規(guī)則的，具有偶然性，但從總體來看，大量分子的運動卻有一定的規(guī)律。2.氣體的微觀結(jié)構(gòu)特點(1)氣體分子間的距離較大，大于10r0(10－9m)，氣體分子可看成質(zhì)點。(2)氣體分子間的分子力很微弱，通常認為氣體分子除了相互碰撞或與器壁碰撞外，不受其他力的作用。3.氣體分子運動的特點(1)標準狀態(tài)下1cm3氣體中的分子數(shù)比地球上的人口總數(shù)還要多上許多億倍。大量氣體分子做無規(guī)則熱運動，因此，分子之間頻繁地碰撞，每個分子的速度大小和方向頻繁地改變。(2)正是“頻繁碰撞”，造成氣體分子不斷地改變運動方向，使得每個氣體分子可自由運動的行程極短(理論研究指出通常情況下氣體分子自由運動行程的數(shù)量級僅為10－8m)，整體上呈現(xiàn)為雜亂無章的運動。(3)分子運動的雜亂無章，使得分子在各個方向運動的機會均等。〖例1〗(多選)對于氣體分子的運動，下列說法正確的是()A.一定溫度下某種氣體的分子的碰撞雖然十分頻繁，但同一時刻，每個分子的速率都相等B.一定溫度下某種氣體的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對較少C.一定溫度下，某種氣體的分子做雜亂無章的運動，可能會出現(xiàn)某一時刻所有分子都朝同一方向運動的情況D.一定溫度下某種氣體，當溫度升高時，其中某10個分子的平均速率可能減小〖答案〗BD〖解析〗一定溫度下某種氣體分子碰撞十分頻繁，單個分子運動雜亂無章，速率不等，但大量分子的運動遵從統(tǒng)計規(guī)律，速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對較少，向各個方向運動的分子數(shù)目幾乎相等，A、C錯誤，B正確；溫度升高時，大量分子的平均速率增大，但個別或少量(如10個)分子的平均速率有可能減小，D正確。探究2氣體分子運動速率分布圖像1.大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)中間多(速率中等的分子數(shù)目多)兩頭少(速率大或小的分子數(shù)目少)的規(guī)律。2.當溫度升高時，“中間多”的這一“高峰”向速率大的一方移動，即速率大的分子數(shù)目增多，速率小的分子數(shù)目減少，分子的平均速率增大，分子的熱運動劇烈?！祭?〗(多選)(2021·山東日照市高二期中)某種氣體分子在0℃和100℃溫度下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中的兩條曲線所示。下列說法正確的是()A.圖中虛線對應氣體分子平均速率較大的情形B.氣體溫度越高，圖線的峰值越高C.圖線反應了溫度越高，分子的熱運動越劇烈D.氣體分子在0℃和100℃溫度下都滿足“中間多，兩頭少”的規(guī)律〖答案〗ACD〖解析〗由圖可知，具有最大比例的速率區(qū)間，溫度越高分子熱運動越激烈，100℃時對應的速率400～500m/s，0℃時對應的速率300～400m/s，說明虛線為100℃分布圖像，對應的平均速率較大，實線對應氣體分子平均速率較小的情形，A正確；由圖可知，實線為0℃的分布圖像，虛線為100℃的分布圖像，氣體溫度越高，圖線的峰值越低，B錯誤；由圖可知，0℃時300～400m/s速率分布最多，100℃時400～500m/s速率分布最多，所以圖線反應了溫度越高，分子的熱運動越劇烈，C正確；由圖可知，氣體分子在0℃和100℃溫度下都滿足“中間多，兩頭少”的規(guī)律，D正確?！坚槍τ柧?〗(多選)(2021·江蘇鎮(zhèn)江中學高二月考)氧氣分子在0℃和100℃溫度下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖中兩條曲線所示。下列說法正確的是()A.圖中兩條曲線下面積相等B.圖中虛線對應于氧氣分子平均速率較小的情形C.圖中實線對應于氧氣分子在100℃時的情形D.圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目〖答案〗ABC〖解析〗分子總數(shù)目是一定的，故題圖中兩條曲線下的面積是100%，即相等，故A正確；題圖中虛線占百分比較大的分子速率較小，所以對應于氧氣分子平均速率較小的情形，故B正確；題圖中實線占百分比較大的分子速率較大，分子平均速率較大，根據(jù)溫度越高，分子的熱運動越劇烈，可知實線對應于氧氣分子在100℃時的情形，故C正確；題圖中曲線給出了任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目占總分子數(shù)的百分比，氧氣分子數(shù)目不知，不能得出任意速率區(qū)間的氧氣分子數(shù)目，故D錯誤。探究3氣體壓強的微觀解釋1.氣體壓強的產(chǎn)生單個分子碰撞器壁的沖力是短暫的，但是大量分子頻繁地碰撞器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力。所以從分子動理論的觀點來看，氣體的壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。2.決定氣體壓強大小的微觀因素(1)氣體分子數(shù)密度：氣體分子密集程度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)越大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就越多，氣體壓強就越大。(2)氣體分子的平均速率：分子的平均速率越大，在單位時間內(nèi)單位面積器壁受氣體分子撞擊的沖力就越大，氣體壓強就越大。3.密閉氣體壓強與大氣壓強不同(1)密閉氣體壓強因密閉容器中的氣體密度一般很小，由于氣體自身重力產(chǎn)生的壓強極小，可忽略不計，故氣體壓強由氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生，大小由氣體的分子數(shù)密度和溫度決定，與地球的引力無關(guān)，氣體對上下左右器壁的壓強大小都是相等的。(2)大氣壓強大氣壓強是由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強。如果沒有地球引力作用，地球表面就沒有大氣，從而也不會有大氣壓。地面大氣壓的值與地球表面積的乘積，近似等于地球大氣層所受的重力值，大氣壓強最終還是通過分子碰撞實現(xiàn)對放入其中的物體產(chǎn)生壓強?！祭?〗下列說法正確的是()A.氣體對器壁的壓強等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力B.氣體對器壁的壓強等于大量氣體分子單位時間作用在器壁上的平均作用力C.氣體分子熱運動的平均速率減小，氣體的壓強一定減小D.單位體積的氣體分子數(shù)增加，氣體的壓強一定增大〖答案〗A〖解析〗氣體壓強為氣體分子對器壁單位面積的撞擊力，故A正確，B錯誤；氣體壓強的大小與氣體分子的平均速率和氣體分子密集程度均有關(guān)，故C、D錯誤?！坚槍τ柧?〗如圖所示，兩個完全相同的圓柱形密閉容器，甲中恰好裝滿水，乙中充滿空氣，則下列說法中正確的是(容器容積恒定)()A.兩容器中器壁上的壓強都是由于分子撞擊器壁而產(chǎn)生的B.兩容器中器壁上的壓強都是由所裝物質(zhì)的重力而產(chǎn)生的C.甲容器中pA＞pB，乙容器中pC＝pDD.當溫度升高時，pA、pB變大，pC、pD也要變大〖答案〗C〖解析〗甲容器中壓強產(chǎn)生的原因是液體受到重力的作用，而乙容器中壓強產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁，故A、B錯誤；液體產(chǎn)生的壓強p＝ρgh，由hA＞hB可知pA＞pB，而密閉容器中氣體壓強各處均相等，與位置無關(guān)，所以pC＝pD，故C正確；溫度升高時，pA、pB不變，而pC、pD增大，故D錯誤。1.(氣體分子運動的特點)(多選)大量氣體分子運動的特點是()A.分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，還可在空間內(nèi)自由移動B.分子的頻繁碰撞致使它做雜亂無章的運動C.分子沿各方向運動的機會均等D.分子的速率分布毫無規(guī)律〖答案〗ABC〖解析〗因氣體分子間的距離較大，分子力可以忽略，分子除碰撞外不受其他力的作用，故可在空間內(nèi)自由移動，A正確；分子間的頻繁碰撞使分子的運動雜亂無章，且向各方向運動的機會均等，B、C正確；氣體分子速率按“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布，D錯誤。2.(氣體分子運動的特點)(多選)下列有關(guān)氣體分子運動的說法正確的是()A.某時刻某一氣體分子向左運動，則下一時刻它一定向右運動B.在一個正方體容器里，任一時刻與容器各側(cè)面碰撞的氣體分子數(shù)目基本相同C.當溫度升高時，速率大的氣體分子數(shù)目增多，氣體分子的平均動能增大D.氣體分子速率呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律〖答案〗BCD〖解析〗分子的運動雜亂無章，某時刻某一氣體分子向左運動，下一時刻它的運動方向并不能確定，故A錯誤；正方形容器各個側(cè)面的氣體壓強相等，所以任一時刻與容器各側(cè)面碰撞的氣體分子數(shù)目基本相同，故B正確；當溫度升高時，速率大的氣體分子數(shù)目增多，氣體分子的平均動能增大，故C正確；氣體分子速率呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律，故D正確。3.(氣體分子運動速率分布圖像)(多選)某種氣體在不同溫度下的分子速率分布曲線如圖所示，圖中F(v)表示v處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率，所對應的溫度分別為T1、T2，對比不同溫度情況，下列說法正確的是()A.T1＞T2B.圖中兩條曲線與橫坐標圍成的面積相等C.溫度為T1時氣體分子的平均速率較大D.溫度為T1的氣體分子速率出現(xiàn)在0～200m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大〖答案〗BD〖解析〗因為氣體的溫度越高，速率大的分子所占的比例越大，所以T2＞T1，即當溫度為T1時氣體分子的平均速率較小，故A、C錯誤；由題圖可知，在兩種不同情況下各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比與分子速率間的關(guān)系圖線與橫軸所圍面積都應該等于1，即相等，故B正確；由圖可知，溫度為T1的氣體分子速率出現(xiàn)在0～200m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比較大，選項D正確。4.(氣體壓強的微觀解釋)(多選)(2021·福建楓亭中學高二開學考)關(guān)于氣體的壓強，下列說法正確的是()A.氣體分子頻繁地碰撞器壁是產(chǎn)生壓力形成壓強的重要因素B.大量氣體分子對器壁的碰撞滿足統(tǒng)計規(guī)律