1.3分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律 教案

1、 1.3分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律教材分析本課的內(nèi)容比較抽象，需要通過宏觀的物體來比擬。通過對(duì)比知道氣體分子間的距離較大，以及氣體分子間碰撞頻繁。通過氣體分子速率按統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布的教學(xué)，使學(xué)生認(rèn)識(shí)研究氣體的物理方法。通過用氣體分子動(dòng)理論對(duì)氣體壓強(qiáng)解釋，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力和推理能力。教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)物理觀念理解分子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律、速率分布、氣體壓強(qiáng)。科學(xué)思維通過比較不同溫度下的分子速率分布圖，以及氣體壓強(qiáng)的微觀解釋，體會(huì)它們的本質(zhì)是分子熱運(yùn)動(dòng)的相互作用的結(jié)果。科學(xué)探究：模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理實(shí)驗(yàn)，通過類比發(fā)現(xiàn)氣體壓強(qiáng)的作用的本質(zhì)?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任使學(xué)生體驗(yàn)氣體宏觀性質(zhì)、規(guī)律是由氣體分子運(yùn)動(dòng)和相互作用的微

2、觀本質(zhì)決定的，培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的志趣。 教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生機(jī)理。教學(xué)難點(diǎn)：氣體壓強(qiáng)的微觀解釋。教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、靈敏電子秤、燒杯、豆子等。教學(xué)過程一、新課引入伽爾頓板的實(shí)驗(yàn)引入：播放實(shí)驗(yàn)視頻?，F(xiàn)象：如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狹槽的小球數(shù)目是不相等的。靠近入口的狹槽內(nèi)的小球數(shù)目多，遠(yuǎn)離入口的狹槽內(nèi)小球的數(shù)目少。重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)?zāi)銜?huì)發(fā)現(xiàn)，其分布情況遵從一定的規(guī)律。由此你能得到什么啟發(fā)嗎?1.個(gè)別事件的出現(xiàn)有其偶然性，一個(gè)小球我們無法預(yù)測(cè)它會(huì)落到哪里去。也就是平常所說的隨機(jī)的。2.大量隨機(jī)事件的整體會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)律統(tǒng)計(jì)規(guī)律。大量小球一起落下或者先后落下，那都會(huì)呈現(xiàn)出一

3、定的規(guī)律性，即這個(gè)正態(tài)分布圖。在一定條件下，若某事件必然出現(xiàn)，這個(gè)事件叫作必然事件。若某事件不可能出現(xiàn)，這個(gè)事件叫作不可能事件。若在一定條件下某事件可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，這個(gè)事件叫作隨機(jī)事件。大量隨機(jī)事件的整體會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這樣就是統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在生活中統(tǒng)計(jì)規(guī)律可是有用的，還比如有些職業(yè)被定義為高危職業(yè)，就是因?yàn)榻y(tǒng)計(jì)規(guī)律顯示，他們遇到危險(xiǎn)的概率高于別的事業(yè) 還有某些地區(qū)出現(xiàn)某種疾病的概率高于其他地區(qū)，盡管不知道哪個(gè)人會(huì)得病，但可以通過調(diào)查統(tǒng)計(jì)了解此地的環(huán)境和人們的生活習(xí)慣，來找出疾病的誘因。 統(tǒng)計(jì)規(guī)律在物理學(xué)的應(yīng)用主要是在氣體分子的運(yùn)動(dòng)上，氣體由大量的分子組成。熱現(xiàn)象與大量分子熱運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)

4、計(jì)規(guī)律有關(guān)。要研究氣體的熱現(xiàn)象，就要了解氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。二、新課教學(xué)（一）氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)展示：氣體分子運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)圖。對(duì)于一個(gè)分子而言，它的運(yùn)動(dòng)是隨機(jī)的，但大量分子的熱運(yùn)動(dòng)在整體上卻會(huì)表現(xiàn)出一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在宏觀上就表現(xiàn)為氣體的熱現(xiàn)象，想要研究這些熱現(xiàn)象，就要先了解氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)。1.自由性液體變成氣體，體積會(huì)增大上千倍，那氣體分子間距要大于分子直徑的十倍以上。離得這么遠(yuǎn)，分子間的相互作用就十分微弱，所以咱可以把氣體分子看做質(zhì)點(diǎn)。那放在容器里，除了相互碰撞或者容器壁碰撞外可以認(rèn)為它們不受外力做勻速直線運(yùn)動(dòng)，這樣下去一定質(zhì)量的氣體就可充滿整個(gè)容器。所以總結(jié)為氣體運(yùn)動(dòng)的自由性。2.無序性

5、雖然氣體分子的分布比液體稀疏，但分子的數(shù)密度仍然十分巨大，所以剛才的容器里氣體分子在運(yùn)動(dòng)是頻繁碰撞，那在某一時(shí)刻肯定是朝著哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子都有。那從總體上看，氣體分子朝各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)都均等，那咱可以認(rèn)為朝各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目也相當(dāng)。（二）分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像速度也有大有小，但整體的速率還是按照一定規(guī)律分布的。比如我這個(gè)圖中畫的是氧分子在0和100下分子速率的分布情況。在任意溫度下，所有氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布。當(dāng)溫度升高時(shí)，“中間多”這一高峰向速率大的一方移動(dòng)。溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈注意：溫度升高，氣體分子的平均速率變大，但是具體到某一個(gè)氣體分子，其速率可能變大也

6、可能變小，無法確定。（三）氣體壓強(qiáng)的微觀解釋1.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生如圖一個(gè)容器，里面有一定質(zhì)量的氣體，因?yàn)闅怏w分子做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，所以會(huì)不斷的和容器壁發(fā)生碰撞。如果只看其中的一個(gè)分子，那他在和容器壁碰撞時(shí)，就會(huì)對(duì)容器壁產(chǎn)生壓力。可惜這個(gè)過程很短暫，不過沒關(guān)系，后面成千上萬的分子都會(huì)前赴后繼的拿頭撞壁。所以總體來看，對(duì)容器壁產(chǎn)生的就是持續(xù)均勻的壓力啦。這種壓力作用在容器壁的單位面積上就是壓強(qiáng)。即大量氣體分子頻繁的作用在器壁單位面積上，產(chǎn)生的平均作用力。2.氣體壓強(qiáng)的特點(diǎn)由于氣體分子做的是無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率相等，所以最后產(chǎn)生的壓強(qiáng)在各個(gè)方向上也大小相同的。3.器壁的作用力大小選擇一個(gè)與

7、器壁發(fā)生正碰的氣體分子為研究對(duì)象，由于是彈性碰撞，所以氣體分子與器壁碰撞前后的動(dòng)量大小為mv，方向相反，氣體分子受到的沖量為Ft=-mv-mv=-2mv氣體分子受到的作用力為根據(jù)牛頓第三定律，器壁受到的作用力為從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來看，氣體對(duì)容器的壓強(qiáng)是大量氣體分子不斷撞擊器壁的結(jié)果?；蛟S有人會(huì)問，這種撞擊是不連續(xù)的，為什么器壁受到的作用力卻是均勻不變的呢?演示：模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理把一顆豆子拿到臺(tái)秤上方松手豆子就當(dāng)?shù)囊幌碌粼诔颖P上，你會(huì)觀察到撞擊的瞬間指針發(fā)生了擺動(dòng)，然后又回復(fù)原位。這個(gè)過程就類似于剛才說的一個(gè)分子撞擊容器壁的過程。然后咱把一杯豆子拿到同樣的高度，以均勻的速率，連續(xù)的道德秤盤

8、上就能觀察到臺(tái)秤的指針，在某一位置做小角度擺動(dòng)，你倒豆子的速率越均勻，指針的位置就越穩(wěn)定。這就很好的模擬了氣體分子連續(xù)不斷的撞擊容器壁產(chǎn)生了持續(xù)穩(wěn)定的壓強(qiáng)。4.決定氣體壓強(qiáng)大小的因素微觀角度還是剛才的實(shí)驗(yàn)，如果加快倒豆子的頻率，讓單位時(shí)間內(nèi)有更多的豆子到在秤盤上。就會(huì)發(fā)現(xiàn)指針偏轉(zhuǎn)的角度變大，也就是產(chǎn)生的壓強(qiáng)變大和氣體分子對(duì)容器壁的撞擊。做個(gè)類比，如果氣體分子的密集程度越大，那么單位時(shí)間內(nèi)與單位面積，容器壁碰撞的分子數(shù)就越多，氣體壓強(qiáng)就越大。看來氣體分子的密集程度是影響氣體壓強(qiáng)的因素之一。如果咱倆杯子拿到更高的位置，那落下來的豆子會(huì)以更快的速率撞擊秤盤。你會(huì)發(fā)現(xiàn)是認(rèn)偏轉(zhuǎn)的角度變大，也就是產(chǎn)生的壓

9、強(qiáng)變大。同樣和氣體分子做類比，速率增大意味著氣體分子的平均動(dòng)能增大。這樣的話，每個(gè)氣體分子對(duì)容器壁的撞擊沖力更大，而且速率增加了，單位時(shí)間內(nèi)容，器壁受到氣體分子撞擊的次數(shù)也更多，累計(jì)沖力更大。這兩點(diǎn)都會(huì)使氣體壓強(qiáng)增大，所以分子平均動(dòng)能是影響壓強(qiáng)的另一個(gè)因素。宏觀角度如果要增大氣體分子的密集程度，可以通過減小體積來實(shí)現(xiàn)。如果增大分子的平均動(dòng)能，則可以通過提高氣體溫度來實(shí)現(xiàn)。所以氣體壓強(qiáng)的大小與氣體體積和溫度都有關(guān)。如果想要增大壓強(qiáng)，可以通過減小氣體體積或者升高溫度來實(shí)現(xiàn)。板書設(shè)計(jì)1.3分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律一、氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)自由性無序性二、分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈氣體壓強(qiáng)的微觀解釋 1.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生:大量氣體分子頻繁的作用在器壁單位面積上，產(chǎn)生的平均作用力。2.器壁的作用力大小：器壁單位面積上受到的壓力，就是氣體的壓強(qiáng)。決定氣體壓強(qiáng)大小的因素微觀上：氣體分子的密集程度