浙江專版2023-2024學(xué)年新教材高中物理第1章分子動理論3分子運動速率分布規(guī)律課件新人教版選擇性必修第三冊

3分子運動速率分布規(guī)律課前·基礎(chǔ)認知課堂·重難突破素養(yǎng)·目標定位隨堂訓(xùn)練素養(yǎng)?目標定位目標素養(yǎng)1.通過實驗了解分子運動的特點,了解分子運動速率分布的統(tǒng)計規(guī)律。2.根據(jù)實例,了解氧氣分子運動速率的分布特點,知道分子運動速率分布圖像的物理意義。3.通過演示實驗,幫助學(xué)生形成氣體壓強的微觀圖景,了解氣體壓強的微觀解釋。知識概覽課前·基礎(chǔ)認知一、氣體分子運動的特點1.隨機事件與統(tǒng)計規(guī)律。(1)必然事件:在一定條件下,若某事件

必然

出現(xiàn),這個事件叫作必然事件。

(2)不可能事件:若某事件

不可能

出現(xiàn),這個事件叫作不可能事件。

(3)隨機事件:若在一定條件下某事件

可能

出現(xiàn),也

可能

不出現(xiàn),這個事件叫作隨機事件。

(4)統(tǒng)計規(guī)律:大量

隨機事件

的整體往往會表現(xiàn)出一定的規(guī)律性,這種規(guī)律叫作統(tǒng)計規(guī)律。

2.氣體分子運動的特點。(1)運動的自由性: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

,氣體充滿它能達到的整個空間。

(2)運動的無序性: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

。

微思考1為什么說分子沿各個方向運動的機會均等?提示:分子的個數(shù)與它們所占空間體積之比叫作分子數(shù)密度,氣體分子數(shù)密度巨大,分子間碰撞頻繁,就某一個分子而言,在某一時刻它向哪一個方向運動,完全是隨機的,因此,在任一時刻分子沿各個方向運動的機會是均等的。二、分子運動速率分布圖像下圖是氧氣分子在0℃和100℃兩種不同情況下的速率分布圖像。由圖像可以看出:(1)某一時刻,既有速率大的分子,也有速率小的分子。(2)大多數(shù)分子的速率和平均速率相差很小。(3)兩個溫度下,具有最大比例的速率區(qū)間是不同的。(4)分子速率呈現(xiàn)“

中間多,兩頭少

”的分布特點。

(5)溫度升高,分子的

平均速率

增大。

(6)溫度越高,分子的熱運動越

劇烈

。

微探究

一定質(zhì)量的氧氣在0℃和100℃下單位速率間隔的分子數(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。(1)圖中兩條曲線下面積相等嗎?(2)圖中實線和虛線哪條對應(yīng)在0℃下的情況?(3)與0℃時相比,100℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0~400m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比更大還是更小?提示:(1)圖中兩條曲線下面積都表示100%,所以是相等的。(2)溫度越高、分子熱運動越劇烈,分子平均速率越大,速率大的分子所占比例越多,實線對應(yīng)100

℃下的情況,虛線對應(yīng)0

℃下的情況。(3)從題圖中可看出0

℃時比100

℃時氧氣分子速率出現(xiàn)在0~400

m/s區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比更大。三、氣體壓強的微觀解釋1.大小:等于氣體作用在器壁

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.決定因素:微觀上決定于分子的

平均速率

和分子的

密集程度

。

微思考2能否用雨滴撞擊傘面時影響壓力(壓強)大小的因素來比擬說明影響氣體壓強的因素?提示:能。雨滴撞擊傘面時壓力(壓強)大小與單位時間內(nèi)落在傘面上的雨滴數(shù)有關(guān),雨滴數(shù)越多,壓力(壓強)越大;另外還與雨滴質(zhì)量大小、速度大小,即與雨滴動能大小有關(guān),動能越大,壓力(壓強)越大。氣體壓強同上面的原理相似,壓強大小與分子平均動能和分子密集程度有關(guān)。課堂·重難突破重難歸納1.運動自由性的結(jié)果。氣體分子間距離大(約為分子直徑的10倍),分子間作用力小(可忽略),可以自由運動,所以氣體沒有一定的體積和形狀。一氣體分子運動特點的深入理解2.無序性與規(guī)律性的矛盾和統(tǒng)一。(1)大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)“中間多,兩頭少”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,分子的熱運動更劇烈。(3)單個或少量分子的運動是“個別行為”,具有不確定性。大量分子的運動是“集體行為”,具有規(guī)律性,即遵從統(tǒng)計規(guī)律。某種氣體在不同溫度下的氣體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)占總分子數(shù)的百分比,所對應(yīng)的溫度為TⅠ、TⅡ、TⅢ,它們的大小關(guān)系是什么?提示:TⅠ<TⅡ<TⅢ典例剖析(多選)下圖表示一定質(zhì)量氧氣分子在0℃和100℃兩種不同情況下速率分布情況,由圖可以判斷下列說法正確的是(

)A.溫度升高,所有分子運動速率變大B.圖中虛線表示的是0℃時分子的速率分布情況C.0℃和100℃氧氣分子的速率都呈現(xiàn)“中間多,兩頭少”的分布特點D.100℃氧氣與0℃氧氣相比,速率大的分子數(shù)比例較多氧氣分子速率分布圖像CD解析:溫度越高,分子平均速率越大,但不是所有分子運動速率都變大,選項A錯誤;100

℃的氧氣與0

℃氧氣相比,速率大的分子數(shù)比例較多,所以圖中虛線表示的是100

℃時分子的速率分布情況,選項B錯誤,D正確;由題圖可知,0

℃和100

℃氧氣分子速率都呈現(xiàn)“中間多,兩頭少”的分布特點,選項C正確。學(xué)以致用(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)占總分子數(shù)的百分比,所對應(yīng)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T1<T2,即當溫度為T1時氣體分子的平均速率較小,選項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(yīng)該等于1,即相等,選項B正確;由題圖可知,溫度為T1的氣體分子速率出現(xiàn)在0~200

m/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。重難歸納1.氣體壓強的產(chǎn)生。(1)原因分析: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,就會對器壁產(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。二

對氣體壓強的理解(2)理論推導(dǎo):選擇一個與器壁發(fā)生正碰(可視為彈性碰撞)的氣體分子為研究對象,由于是彈性碰撞,所以氣體分子與器壁碰撞前后的動量大小為mv,方向相反,以碰撞前氣體分子的速度方向為正方向,氣體分子受到的沖量為FΔt=-mv-mv=-2mv,同理,我們也可以求出氣體分子與器壁發(fā)生斜碰時分子給器壁的作用力。(3)結(jié)論:氣體對容器的壓強是大量氣體分子不斷撞擊器壁的結(jié)果。2.決定氣體壓強大小的因素。(1)微觀因素。①氣體分子的密集程度: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:氣體的溫度越高,氣體分子的平均速率就越大,每個氣體分子與器壁碰撞時(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,在單位時間內(nèi)器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就越多,累計沖力就越大,氣體壓強就越大。(2)宏觀因素。①與溫度有關(guān):在體積不變的情況下,溫度越高,氣體分子的平均速率越大,則氣體的壓強越大。②與體積有關(guān):在溫度不變的情況下,體積越小,氣體分子的數(shù)密度越大,則氣體的壓強越大。3.大氣壓強的產(chǎn)生及影響因素。大氣壓強由氣體的重力產(chǎn)生,如果沒有地球引力的作用,地球表面上就沒有大氣,也就沒有大氣壓強。由于地球引力與距離的二次方成反比,所以大氣壓力與氣體的高度、密度有關(guān),在地面上空不同高度處,大氣壓強不相等。一科普類欄目中曾播放過這樣一個節(jié)目,把液氮倒入飲料瓶中,馬上蓋上蓋子并擰緊,人立即離開現(xiàn)場。一會兒飲料瓶就爆炸了,你能解釋一下原因嗎?提示:飲料瓶內(nèi)液氮吸熱后變成氮氣,分子運動加劇,使瓶內(nèi)氣體分子碰撞瓶內(nèi)壁產(chǎn)生的壓強增大,當瓶內(nèi)外的壓強差大于瓶子所能承受的限度時,飲料瓶發(fā)生爆炸。典例剖析(多選)下列關(guān)于氣體壓強的說法正確的是(

)A.氣體對器壁產(chǎn)生的壓強是由于大量氣體分子的重力產(chǎn)生的B.氣體對器壁產(chǎn)生的壓強在數(shù)值上等于作用在器壁單位面積上的平均作用力C.從宏觀角度來看,氣體的壓強大小跟氣體的溫度和體積無關(guān)D.從微觀角度來看,氣體壓強的大小跟氣體分子的平均速率和分子的密集程度有關(guān)BD解析:大量的氣體分子頻繁、持續(xù)地碰撞器壁而對器壁產(chǎn)生了持續(xù)的壓力,單位時間內(nèi)作用在器壁單位面積上的平均作用力在數(shù)值上等于氣體對器壁產(chǎn)生的壓強,選項A錯誤,B正確;從宏觀角度來看,當氣體的質(zhì)量一定時,氣體的壓強跟氣體的溫度和體積有關(guān),選項C錯誤;從微觀角度來看,氣體分子的平均速率越大,單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)越多,氣體對器壁的壓強就越大,即氣體壓強的大小與氣體分子的平均速率和分子的密集程度有關(guān),選項D正確。規(guī)律總結(jié)氣體壓強的分析技巧

1.明確氣體壓強產(chǎn)生的原因——大量做無規(guī)則運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞。氣體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.明確氣體壓強的決定因素——氣體分子的密集程度與平均速率。

3.只有知道了兩個因素的變化,才能確定壓強的變化,任何單個因素的變化都不能決定壓強是否變化。學(xué)以致用有關(guān)氣體壓強,下列說法正確的是(

)A.氣體分子的平均速率增大,則氣體的壓強一定增大B.氣體分子的平均速率增大,則氣體的壓強有可能減小C.氣體分子的密集程度增大,則氣體的壓強一定增大D.氣體分子的平均速率增大,則氣體的壓強一定不變答案:B解析:氣體的壓強與兩個因素有關(guān):一是氣體分子的平均速率,二是氣體分子的密集程度。平均速率增大的同時,氣體的體積可能增大,使得分子密集程度減小,所以壓強可能增大,也可能減小或不變。同理,當分子數(shù)密度增大時,分子平均速率也可能減小,壓強的變化不能確定。故符合題意的為選項B。隨堂訓(xùn)練1.伽爾頓板可以演示統(tǒng)計規(guī)律。如圖所示,讓大量小球從上方漏斗形入口落下,最終小球都落在槽內(nèi)。重復(fù)多次實驗后發(fā)現(xiàn)(

)A.某個小球落在哪個槽是有規(guī)律的B.大量小球在槽內(nèi)的分布是無規(guī)律的C.大量小球落入槽內(nèi)后均勻分布在各槽中D.越接近漏斗形入口處的槽內(nèi),小球聚集越多答案:D解析:根據(jù)統(tǒng)計規(guī)律可知,某個小球落在哪個槽是無規(guī)律的,選項A錯誤;大量小球在槽內(nèi)的分布是有規(guī)律的,離槽口越近的地方分布小球較多,選項B、C錯誤,D正確。2.(多選)下列關(guān)于氣體分子運動特點的說法正確的是(

)A.氣體分子的間距比較大,所以氣體分子間的作用力比較微弱B.同種氣體中所有分子的運動速率基本相等C.氣體分子向各個方向運動的可能性不相同D.氣體分子的運動速率分布具有“中間多,兩頭少”的特點答案:AD解析:氣體分子間距大于10r0,分子間作用力比較微弱,可以忽略,選項A正確;每個分子都在做無規(guī)則運動,所以并非所有分子速率基本相等,選項B錯誤;分子在做無規(guī)則運動,分子向各個方向運動的可能性基本相同,選項C錯誤;氣體分子運動速率分布具有“中間多,兩頭少”的特點,選項D正確。3.(多選)關(guān)于氣體熱現(xiàn)象的微觀解釋,下列說法正確的是(

)A.密閉在容器中的氣體,在某一時刻向各個方向運動的氣體分子數(shù)目一定相等B.大量氣體分子的速率有大有小,但是按“中間多,兩頭少”的規(guī)律分布C.氣體壓強的大小跟氣體分子的平均速率、分子的密集程度這兩個因素有關(guān)D.當某一容器自由下落時,容器中氣體的壓強將變?yōu)?答案:BC解析:雖然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,但是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