人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：1 3 分子運(yùn)動(dòng)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(cè)PAGEPAGE1第3節(jié)分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律學(xué)習(xí)目標(biāo)要求核心素養(yǎng)和關(guān)鍵能力1.了解隨機(jī)性與統(tǒng)計(jì)規(guī)律。2.知道氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像規(guī)律。3.能用氣體分子動(dòng)理論解釋氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因。4.知道影響氣體壓強(qiáng)大小的微觀因素。1.科學(xué)推理利用微觀解釋分析氣體壓強(qiáng)。2.科學(xué)思維用統(tǒng)計(jì)規(guī)律分析分子運(yùn)動(dòng)速率分布。一、隨機(jī)性與統(tǒng)計(jì)規(guī)律氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.隨機(jī)性與統(tǒng)計(jì)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(jī)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(jì)規(guī)律：大量隨機(jī)事件整體表現(xiàn)出來的規(guī)律。2.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(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(rèn)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(yùn)動(dòng)，因而氣體會(huì)充滿它能達(dá)到的整個(gè)空間。(2)分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，在某一時(shí)刻，向著任何一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子都有，而且向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目幾乎相等?！寂幸慌小?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(gè)空間，是因?yàn)闅怏w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(yùn)動(dòng)。(√)(3)某一時(shí)刻一個(gè)分子的速度大小和方向是偶然的。(√)二、分子運(yùn)動(dòng)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(dāng)溫度升高時(shí)，對(duì)某一分子在某一時(shí)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(yùn)動(dòng)越劇烈。三、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋1.氣體壓強(qiáng)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(duì)器壁的碰撞引起的。3.決定氣體壓強(qiáng)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(shí)間內(nèi)、單位面積上氣體分子與器壁的碰撞對(duì)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(shí)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(huì)較大。〖判一判〗(1)密閉容器中氣體的壓強(qiáng)是由氣體的重力而產(chǎn)生的。(×)(2)密閉容器中氣體的壓強(qiáng)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(qiáng)越大。(√)探究1氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1.對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的理解(1)個(gè)別事件的出現(xiàn)具有偶然性，但大量事件出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，卻遵從一定的統(tǒng)計(jì)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(yùn)動(dòng)步調(diào)，單獨(dú)來看，各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)都是無規(guī)則的，具有偶然性，但從總體來看，大量分子的運(yùn)動(dòng)卻有一定的規(guī)律。2.氣體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(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(diǎn)。(2)氣體分子間的分子力很微弱，通常認(rèn)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(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)標(biāo)準(zhǔn)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(yùn)動(dòng)，因此，分子之間頻繁地碰撞，每個(gè)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(yùn)動(dòng)方向，使得每個(gè)氣體分子可自由運(yùn)動(dòng)的行程極短(理論研究指出通常情況下氣體分子自由運(yùn)動(dòng)行程的數(shù)量級(jí)僅為10－8m)，整體上呈現(xiàn)為雜亂無章的運(yùn)動(dòng)。(3)分子運(yùn)動(dòng)的雜亂無章，使得分子在各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等?！祭?〗(多選)對(duì)于氣體分子的運(yùn)動(dòng)，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(shí)刻，每個(gè)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(duì)較少C.一定溫度下，某種氣體的分子做雜亂無章的運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)某一時(shí)刻所有分子都朝同一方向運(yùn)動(dòng)的情況D.一定溫度下某種氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，其中某10個(gè)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(gè)分子運(yùn)動(dòng)雜亂無章，速率不等，但大量分子的運(yùn)動(dòng)遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對(duì)較少，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目幾乎相等，A、C錯(cuò)誤，B正確；溫度升高時(shí)，大量分子的平均速率增大，但個(gè)別或少量(如10個(gè))分子的平均速率有可能減小，D正確。探究2氣體分子運(yùn)動(dòng)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(dāng)溫度升高時(shí)，“中間多”的這一“高峰”向速率大的一方移動(dòng)，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(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)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(yīng)了溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)越激烈，100℃時(shí)對(duì)應(yīng)的速率400～500m/s，0℃時(shí)對(duì)應(yīng)的速率300～400m/s，說明虛線為100℃分布圖像，對(duì)應(yīng)的平均速率較大，實(shí)線對(duì)應(yīng)氣體分子平均速率較小的情形，A正確；由圖可知，實(shí)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(cuò)誤；由圖可知，0℃時(shí)300～400m/s速率分布最多，100℃時(shí)400～500m/s速率分布最多，所以圖線反應(yīng)了溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)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。〖針對(duì)訓(xùn)練1〗(多選)(2021·江蘇鎮(zhèn)江中學(xué)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(duì)應(yīng)于氧氣分子平均速率較小的情形C.圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100℃時(shí)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(duì)應(yīng)于氧氣分子平均速率較小的情形，故B正確；題圖中實(shí)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(yùn)動(dòng)越劇烈，可知實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在100℃時(shí)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(cuò)誤。探究3氣體壓強(qiáng)的微觀解釋1.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生單個(gè)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(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力。所以從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來看，氣體的壓強(qiáng)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(qiáng)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(shí)間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就越多，氣體壓強(qiáng)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(shí)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(qiáng)就越大。3.密閉氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)不同(1)密閉氣體壓強(qiáng)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(qiáng)極小，可忽略不計(jì)，故氣體壓強(qiáng)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(duì)上下左右器壁的壓強(qiáng)大小都是相等的。(2)大氣壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)是由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。如果沒有地球引力作用，地球表面就沒有大氣，從而也不會(huì)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(qiáng)最終還是通過分子碰撞實(shí)現(xiàn)對(duì)放入其中的物體產(chǎn)生壓強(qiáng)?！祭?〗下列說法正確的是()A.氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)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(duì)器壁的壓強(qiáng)等于大量氣體分子單位時(shí)間作用在器壁上的平均作用力C.氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率減小，氣體的壓強(qiáng)一定減小D.單位體積的氣體分子數(shù)增加，氣體的壓強(qiáng)一定增大〖答案〗A〖解析〗氣體壓強(qiáng)為氣體分子對(duì)器壁單位面積的撞擊力，故A正確，B錯(cuò)誤；氣體壓強(qiáng)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(cuò)誤?！坚槍?duì)訓(xùn)練2〗如圖所示，兩個(gè)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(qiáng)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(qiáng)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(dāng)溫度升高時(shí)，pA、pB變大，pC、pD也要變大〖答案〗C〖解析〗甲容器中壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是液體受到重力的作用，而乙容器中壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁，故A、B錯(cuò)誤；液體產(chǎn)生的壓強(qiáng)p＝ρgh，由hA＞hB可知pA＞pB，而密閉容器中氣體壓強(qiáng)各處均相等，與位置無關(guān)，所以pC＝pD，故C正確；溫度升高時(shí)，pA、pB不變，而pC、pD增大，故D錯(cuò)誤。1.(氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn))(多選)大量氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)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(dòng)B.分子的頻繁碰撞致使它做雜亂無章的運(yùn)動(dòng)C.分子沿各方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)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(dòng)，A正確；分子間的頻繁碰撞使分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，且向各方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)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(cuò)誤。2.(氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn))(多選)下列有關(guān)氣體分子運(yùn)動(dòng)的說法正確的是()A.某時(shí)刻某一氣體分子向左運(yùn)動(dòng)，則下一時(shí)刻它一定向右運(yùn)動(dòng)B.在一個(gè)正方體容器里，任一時(shí)刻與容器各側(cè)面碰撞的氣體分子數(shù)目基本相同C.當(dāng)溫度升高時(shí)，速率大的氣體分子數(shù)目增多，氣體分子的平均動(dòng)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(yùn)動(dòng)雜亂無章，某時(shí)刻某一氣體分子向左運(yùn)動(dòng)，下一時(shí)刻它的運(yùn)動(dòng)方向并不能確定，故A錯(cuò)誤；正方形容器各個(gè)側(cè)面的氣體壓強(qiáng)相等，所以任一時(shí)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(dāng)溫度升高時(shí)，速率大的氣體分子數(shù)目增多，氣體分子的平均動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(duì)應(yīng)的溫度分別為T1、T2，對(duì)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(biāo)圍成的面積相等C.溫度為T1時(shí)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?yàn)闅怏w的溫度越高，速率大的分子所占的比例越大，所以T2＞T1，即當(dāng)溫度為T1時(shí)氣體分子的平均速率較小，故A、C錯(cuò)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(yīng)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(xiàng)D正確。4.(氣體壓強(qiáng)的微觀解釋)(多選)(2021·福建楓亭中學(xué)高二開學(xué)考)關(guān)于氣體的壓強(qiáng)，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(qiáng)的重要因素B.大量氣體分子對(duì)器壁的碰撞滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律