人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案：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)PAGEPAGE13分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.理解氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及氣體分子運(yùn)動(dòng)速率的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律.2.能用氣體分子動(dòng)理論解釋氣體壓強(qiáng)的微觀意義．一、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)事件的整體往往會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性，這種規(guī)律就叫作統(tǒng)計(jì)規(guī)律．二、氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1．氣體分子間距離大約是分子直徑的10倍左右，通常認(rèn)為除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，氣體分子不受力的作用，做勻速直線運(yùn)動(dòng)．2．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．三、分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越劇烈．大量氣體分子的速率呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布．當(dāng)溫度升高時(shí)，速率大的分子比例比較多，平均速率較大．四、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋1．氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因：大量氣體分子不斷撞擊器壁的結(jié)果．2．氣體的壓強(qiáng)：器壁單位面積上受到的壓力．3．微觀解釋：(1)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)器壁的作用力越大．(2)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．1．判斷下列說(shuō)法的正誤．(1)氣體的體積等于氣體分子體積的總和．(×)(2)當(dāng)物體溫度升高時(shí)，每個(gè)分子運(yùn)動(dòng)都加快．(×)(3)密閉容器中氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子重力產(chǎn)生的．(×)(4)一定質(zhì)量的氣體，在體積不變的情況下，溫度降低，則壓強(qiáng)減?。?√)2．密閉在鋼瓶中的氣體，溫度升高時(shí)壓強(qiáng)增大．從分子動(dòng)理論的角度分析，這是由于氣體分子的________增大了．該氣體在溫度T1、T2時(shí)的分子速率分布圖像如圖1所示，則T1________(選填“大于”或“小于”)T2.圖1〖答案〗平均速率小于一、氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)導(dǎo)學(xué)探究(1)拋擲一枚硬幣時(shí)，其正面有時(shí)向上，有時(shí)向下，拋擲次數(shù)較少和次數(shù)很多時(shí)，會(huì)有什么規(guī)律？(2)氣體分子間的作用力很小，若沒(méi)有分子力作用，氣體分子將處于怎樣的自由狀態(tài)？(3)溫度不變時(shí)，每個(gè)分子的速率都相同嗎？溫度升高，所有分子運(yùn)動(dòng)速率都增大嗎？〖答案〗(1)拋擲次數(shù)較少時(shí)，正面向上或向下完全是偶然的，但次數(shù)很多時(shí)，正面向上或向下的概率是相等的．(2)無(wú)碰撞時(shí)氣體分子將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，但由于分子之間的頻繁碰撞，使得氣體分子的速度大小和方向頻繁改變，運(yùn)動(dòng)變得雜亂無(wú)章．(3)分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，造成其速率有大有?。疁囟壬邥r(shí)，所有分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率增大，即大部分分子的速率增大了，但也有少數(shù)分子的速率減?。R(shí)深化1．對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的理解(1)個(gè)別事件的出現(xiàn)具有偶然因素，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(méi)有統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)步調(diào)，單獨(dú)來(lái)看，各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)都是不規(guī)則的，帶有偶然性，但從總體來(lái)看，大量分子的運(yùn)動(dòng)卻有一定的規(guī)律．2．氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)氣體分子間的距離很大，大約是分子直徑的10倍，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，氣體分子不受力的作用，在空間自由移動(dòng)．所以氣體沒(méi)有確定的形狀和體積，其體積等于容器的容積．(2)分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章，在某一時(shí)刻，氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)(機(jī)率)相等．(3)每個(gè)氣體分子都在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，常溫下大多數(shù)氣體分子的速率都達(dá)到數(shù)百米每秒，在數(shù)量級(jí)上相當(dāng)于子彈的速率．(多選)對(duì)于氣體分子的運(yùn)動(dòng)，下列說(shuō)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(wú)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)分子的平均動(dòng)能可能減小〖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(wú)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)目相等，A、C錯(cuò)，B對(duì)；溫度升高時(shí)，大量分子的平均動(dòng)能增大，但個(gè)別或少量(如10個(gè))分子的平均動(dòng)能有可能減小，D對(duì)．氣體分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無(wú)章、無(wú)規(guī)則的，研究單個(gè)的分子無(wú)實(shí)際意義，我們研究的是大量分子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律．二、分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像1．溫度越高，分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈．2．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)，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”的分子速率值增加(如圖2所示)．圖2(多選)(2020·啟東中學(xué)高二開學(xué)考試)如圖3是氧氣分子在不同溫度(0℃和100℃)下的速率分布規(guī)律圖，橫坐標(biāo)表示速率，縱坐標(biāo)表示某一速率內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，由圖可知()圖3A．同一溫度下，氧氣分子呈現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律B．隨著溫度的升高，每一個(gè)氧氣分子的速率都增大C．隨著溫度的升高，氧氣分子中速率小的分子所占的比例增大D．溫度越高，氧氣分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率越大〖答案〗AD〖解析〗同一溫度下，中等速率的氧氣分子數(shù)所占的比例大，即呈現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律，A正確；溫度升高使得氧氣分子的平均速率增大，不一定每一個(gè)氧氣分子的速率都增大，B錯(cuò)誤，D正確；溫度越高，氧氣分子中速率小的分子所占的比例減小，C錯(cuò)誤．三、氣體壓強(qiáng)的微觀解釋導(dǎo)學(xué)探究(1)如圖4甲所示，密閉容器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子間的斥力產(chǎn)生的嗎？圖4(2)把一顆豆粒拿到臺(tái)秤上方約10cm的位置，放手后使它落在秤盤上，觀察秤的指針的擺動(dòng)情況．如圖乙所示，再?gòu)南嗤叨劝?00?；蚋嗟亩沽＿B續(xù)地倒在秤盤上，觀察指針的擺動(dòng)情況．使這些豆粒從更高的位置落在秤盤上，觀察指針的擺動(dòng)情況．用豆粒做氣體分子的模型，試說(shuō)明氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原理．〖答案〗(1)不是，是分子撞擊器壁而產(chǎn)生的．(2)氣體壓強(qiáng)等于大量氣體分子在器壁單位面積上的平均作用力，氣體壓強(qiáng)大小與氣體分子的數(shù)密度和氣體分子的平均速率有關(guān)．知識(shí)深化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，就會(huì)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(lái)看，氣體的壓強(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．2．決定氣體壓強(qiáng)大小的因素(1)微觀因素①與氣體分子的數(shù)密度有關(guān)：氣體分子數(shù)密度(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與氣體分子的平均速率有關(guān)：氣體的溫度越高，氣體分子的平均速率就越大，每個(gè)氣體分子與器壁碰撞時(shí)(可視為彈性碰撞)給器壁的沖力就越大；從另一方面講，分子的平均速率越大，在單位時(shí)間內(nèi)器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就越多，累計(jì)沖力就越大，氣體壓強(qiáng)就越大．(2)宏觀因素①與溫度有關(guān)：體積一定時(shí)，溫度越高，氣體的壓強(qiáng)越大．②與體積有關(guān)：溫度一定時(shí)，體積越小，氣體的壓強(qiáng)越大．3．氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的區(qū)別與聯(lián)系氣體壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)區(qū)別①因密閉容器內(nèi)的氣體分子的數(shù)密度一般很小，由氣體自身重力產(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②大小由氣體分子的數(shù)密度和溫度決定，與地球的引力無(wú)關(guān)③氣體對(duì)上下左右器壁的壓強(qiáng)大小都是相等的①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(méi)有地球引力作用，地球表面就沒(méi)有大氣，從而也不會(huì)有大氣壓強(qiáng)②地面大氣壓強(qiáng)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③大氣壓強(qiáng)最終也是通過(guò)分子碰撞實(shí)現(xiàn)對(duì)放入其中的物體產(chǎn)生壓強(qiáng)聯(lián)系兩種壓強(qiáng)最終都是通過(guò)氣體分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物體而產(chǎn)生的(2021·江蘇常州市高二期中)某同學(xué)為了表演“輕功”，他站上了一塊由氣球墊放的輕質(zhì)硬板，如圖5所示．氣球內(nèi)充有空氣，氣體的壓強(qiáng)()圖5A．是由氣體受到的重力產(chǎn)生的B．是由大量氣體分子不斷地碰撞氣球壁而產(chǎn)生的C．大小只取決于氣體分子數(shù)量的多少D．大小只取決于氣體溫度高低〖答案〗B〖解析〗由于大量分子都在不停地做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，與氣球壁頻繁碰撞，使氣球壁受到一個(gè)平均持續(xù)的沖力，致使氣體對(duì)氣球壁產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)，A錯(cuò)誤，B正確；壓強(qiáng)的大小取決于氣體分子數(shù)密度的大小以及氣體溫度的高低，C、D錯(cuò)誤．(多選)一定質(zhì)量的氣體，經(jīng)等溫壓縮，氣體的壓強(qiáng)增大，用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)分析，這是因?yàn)?)A．氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力增大B．單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數(shù)增多C．氣體分子的總數(shù)增加D．氣體分子的數(shù)密度增大〖答案〗BD〖解析〗氣體經(jīng)等溫壓縮，壓強(qiáng)增大，體積減小，氣體分子的總數(shù)不變，氣體分子的數(shù)密度增大，則單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多，但氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力不變，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤.1．(分子運(yùn)動(dòng)速率)(多選)(2021·常德市石門縣第二中學(xué)高二月考)下列說(shuō)法正確的是()A．氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率與溫度有關(guān)B．當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體分子的速率分布不再是“中間多，兩頭少”C．氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率可由牛頓運(yùn)動(dòng)定律求得D．氣體分子的平均速率隨溫度升高而增大〖答案〗AD〖解析〗氣體分子的運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)，平均速率變大，但仍遵循“中間多，兩頭少”的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A、D正確，B錯(cuò)誤．分子運(yùn)動(dòng)無(wú)規(guī)則，而且牛頓運(yùn)動(dòng)定律是宏觀定律，不能用它來(lái)求微觀分子的運(yùn)動(dòng)速率，C錯(cuò)誤．2．(分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像)(2021·福建省廈門集美中學(xué)高二期中)氧氣分子在不同溫度下的速率分布規(guī)律如圖6所示，橫坐標(biāo)表示速率，縱坐標(biāo)表示某一速率的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，由圖可知()圖6A．在①狀態(tài)下，分子速率大小的分布范圍相對(duì)較大B．兩種狀態(tài)氧氣分子的平均速率相等C．隨著溫度的升高，氧氣分子中速率小的分子所占的比例增大D．①狀態(tài)的溫度比②狀態(tài)的溫度低〖答案〗D〖解析〗由題圖可知，②中速率大的分子占據(jù)的比例較大，則說(shuō)明②對(duì)應(yīng)的平均速率較大，故②對(duì)應(yīng)的溫度較高，溫度高則分子速率大的占多數(shù)，即高溫狀態(tài)下分子速率大小的分布范圍相對(duì)較大，故A、B錯(cuò)誤，D正確；由題圖可知，隨著溫度的升高，氧氣分子中速率小的分子所占的比例減小，故C錯(cuò)誤．3．(氣體壓強(qiáng)的微觀解釋)(2020·北京高二月考)對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，下列敘述中正