人教版 (2019)选择性必修 第三册3 分子运动速率分布规律学案

第一章分子动理论

第3节分子运动速率分布规律

【素养目标】

1. 了解气体分子运动的特点
2. 了解分子运动速率的分布图象
3. 理解气体压强的微观解释

【必备知识】

知识点一、气体分子运动的特点

(1)气体分子的大小相对分子间的空隙来说很小，可以把气体分子视为质点。

(2)气体分子之间的距离很大，大约是分子直径的10倍，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间自由移动。能达到分子能达到的空间，所以气体没有确定的形状和体积，其体积等于容器的体积。

(3)气体分子的数密度巨大，分子之间频繁地碰撞，速度大小合方向频繁地改变。

(4)分子的运动杂乱无章，对大量分子而言，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目都相等。即气体分子沿各个方向运动的机会(机率)相等。

知识点二、分子运动速率分布图象

(1)0°和100°氧气分子的速率都呈“中间多，两头少”的分布，且随着温度升高，速率大的分子所占的比例增大。

（2) 图像直观地反映了“温度越高，分子地热运动越剧烈”

知识点三、气体压强的微观解释

(1)  产生机理

气体对容器地压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。器壁单位面积上受到的压力就是气体的压强。

(2)决定因素（微观因素）

a．分子的平均速率：分子的平均速率越大，分子与器壁碰撞单位面积上的作用力越大，则压强越大。

b．分子的数密度：分子的数密度越大，单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数越多，作用力越大，则压强越大。

【课堂检测】

1．储气筒内压缩气体的温度是27℃，压强为40atm．从筒中放出一半质量的气体，并使筒内剩余气体温度降到12℃，这时剩余气体压强等于多少？

【答案】

【详解】

筒中放出一半气体，即剩下一半气体，体积也为原来的一半，在扩散充满储气筒．

根据气体状态方程

其中

得

2．如图所示，由U形管和细管连接的玻璃泡A、B和C浸泡在温度均为0℃的水槽中，B的容积是A的4倍．阀门S将A和B两部分隔开．A内为真空，B和C内都充有气体，U形管内左边水银柱比右边的低50mm．打开阀门S，整个系统稳定后，U形管内左右水银柱高度相等．设U形管和细管中的气体体积远小于玻璃泡的容积．

（1）求玻璃泡C中气体的压强（以mmHg为单位）；

（2）将右侧水槽的水从0℃加热到一定温度时，U形管内左右水银柱高度差变为100mm，求加热后右侧水槽的水温．

【答案】(1) 200mmHg (2) 477.75K

【详解】

(1) 在打开阀门S前，两水槽水温均为T0=273K．设玻璃泡B中气体的压强为p1，体积为VB，玻璃泡C中气体的压强为pC，依题意有：p1=pC+△p

式中△p=50mmHg．打开阀门S后，两水槽水温仍为T0，设玻璃泡B中气体的压强为pB

pB=pC

玻璃泡A和B中气体的体积为：V2=VA+VB

根据玻意耳定律得：p1VB=pBV2

代入数据解得pC=200mmHg

(2) 当右侧水槽的水温加热至T′时，U形管左右水银柱高度差为100mm，即△p=100mmHg

玻璃泡C中气体的压强为pc′=pB+△p

玻璃泡C的气体体积不变，发生等容变化，根据查理定理得：

解得：T′=477.75K

【素养作业】

1．玻璃杯中装入半杯热水后拧紧瓶盖，经过一段时间后发现瓶盖很难拧开。原因是（　　）

A．瓶内气体压强变小

B．瓶内气体分子热运动的平均动能增加

C．瓶内气体速率大的分子所占比例增大

D．瓶内气体分子单位时间内撞击瓶盖的次数增加

【答案】A

【详解】

A．根据等容变化可知，经过一段时间后，玻璃杯中的水温度降低，瓶内气体压强变小，所以瓶盖很难拧开，则A正确；

B．瓶内气体分子热运动的平均动能减小，所以B错误；

C．瓶内气体速率大的分子所占比例减小，所以C错误；

D．瓶内气体分子单位时间内撞击瓶盖的次数减小，所以D错误；

故选A。

2．在相同的外界环境中，两个相同的集气瓶中分别密闭着质量相同的氢气和氧气，如图所示。若在相同温度、压强下气体的摩尔体积都相同，则下列说法正确的是（　　）

A．氢气的密度较大 B．氧气的密度较大

C．氢气的压强较大 D．两气体的压强相等

【答案】C

【详解】

AB．质量相同，两种气体的体积相同，则两种气体的密度相同，故AB错误；

CD．分子数

由于氢分子的摩尔质量较小，则其分子数较多，相同温度下，氢气的压强更大，故C正确，D错误。

故选C。

3．对于一定质量的气体，下列说法不正确的是（　　）

A．温度升高，气体中每个分子的速率都增大

B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变

C．从微观角度看，气体的压强取决于气体分子的平均速率和分子的数密度

D．温度不变时，气体的体积减小，压强一定增大

【答案】A

【详解】

A．温度升高，气体中每个分子的速率不一定都增大，增大的是分子平均动能，所以A错误，符合题意；

B．当分子热运动变剧烈时，即气体的温度升高，但压强可以不变，气体做等压变化，所以B正确，不符合题意；

C．从微观角度看，气体的压强取决于气体分子的平均速率和分子的数密度，所以C正确，不符合题意；

D．根据玻意耳定律可知，温度不变时，气体的体积减小，压强一定增大，所以D正确，不符合题意；

故选A。

4．有关理想气体的压强，下列说法正确的是（　　）

A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强可能增大

B．气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大

C．气体分子的平均动能减小，则气体的压强一定减小

D．气体分子的内能减小，则气体的压强一定减小

【答案】A

【详解】

A．从微观角度讲，决定气体压强大小的因素：气体分子的数密度、平均动能；气体分子的平均速率增大，分子数密度可能减小，故气体的压强可能增大，故A正确；

B．气体分子的密集程度增大，分子热运动的平均动能可能减小，故气体的压强不一定增大，故B错误；

C．气体分子的平均动能增大，分子数密度可能减小，故气体的压强不一定减小，故C错误；

D．如果该气体分子经过等压冷却过程，此时气体分子的内能减小，气体压强却保持不变，故D错误。

故选A。

5．潜水员使用的氧气钢瓶内部装有氧气和氮气，当瓶内气体即将用完时，内部剩余气体可视为理想气体。冬季将该氧气瓶从室内移至室外，一段时间后（    ）

A．氧气分子的平均速率等于氮气分子的平均速率

B．氧气分子的平均速率大于氮气分子的平均速率

C．单位时间内气体分子撞击内壁的次数相比在室内时不变

D．单位时间内气体分子撞击内壁的次数相比在室内时减少

【答案】D

【详解】

AB．温度相同，氧气、氮气的平均分子动能相等，氧气分子质量比氮气分子质量大，故氧气分子的平均速率小于氮气分子的平均速率，故AB错误；

CD．根据理想气体方程

可知温度降低，气体压强减小，单位时间内气体分子撞击内壁的次数相比在室内时减少，故C错误，D正确。

故选D。

6．下列说法正确的是（　　）

A．布朗运动不是液体分子的运动，但它是固体分子的运动

B．让两个相距很远的分子在恒定的外力作用下靠到最近时，分子势能先减小后增大。分子力先增大后减小

C．温度升高分子热运动加剧，分子运动的平均动能增大，所以只要空间分子密度相同时温度高的压强大

D．一定量的的水变成的水蒸气，其分子平均动能增加，但内能不变

【答案】C

【详解】

A．布朗运动是指悬浮在液体或气体中的固体微粒所做的永不停息的无规则运动，故A错误；

B．两个相距很远的分子不断靠近时，一开始分子间作用力表现为分子间引力，先增大后减小，距离足够近时表现为分子间斥力，不断增大，所以分子势能先减小后增大，故B错误；

C．温度升高，分子热运动加剧，分子运动更加剧烈，分子运动平均动能增大，分子间碰撞频率增大，同时分子碰撞器壁的运动加强，即分子对器壁的平均撞击力增大，由

可知，压强增大，因此分子密度相同时温度越高压强越大，故C正确；

D．一定量的的水变成的水蒸气，温度不变，所以其分子平均动能不变，但内能增加，故D错误。

故选C。

7．如图，由于下落的许多小钢珠不断地撞击托盘，托盘就受到一个持续的压力，这个现象可以类比说明（  ）

A．气体温度的实质 B．气体体积的可变性

C．气体压强产生的原因 D．气体密度的可变性

【答案】C

【详解】

大量气体分子无规则的热运动会不断的碰撞接触面而产生一个持续的压力，单位面积的压力就是压强，故下落的许多小钢珠不断地撞击托盘，托盘就受到一个持续的压力的现象与气体压强产生的原因相类似，故C正确，ABD错误。

故选C。

8．下面的表格是某年某地区1-6月份的气温与气压对照表：

根据上表数据可知：该年该地区从1月份到6月份（　　）

A．空气分子无规则热运动剧烈程度呈减小的趋势

B．6 月的任何一个空气分子的无规则热运动的速率一定比它在一月时速率大

C．单位时间对单位面积的地面撞击的空气分子数呈减少的趋势

D．单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量呈增加的趋势

【答案】C

【详解】

A．温度是分子平均动能的标志，温度越高，分子的平均动能越大，分子无规则热运动越剧烈，从1月到6月，温度逐渐升高，空气分子无规则热运动剧烈程度呈增大的趋势，故A错误；

B．6月温度最高，分子平均动能最大，但分子平均动能是对大量分子的一种统计规律，对于具体的某一个分子并不适应，所以不能说明6月的任何一个空气分子的无规则热运动的速率一定比它在一月时速率大，故B错误；

C．根据气体压强的微观意义，气体压强和单位时间单位面积对地面撞击次数、气体的分子平均动能有关；温度升高，即气体的分子平均动增大，而压强减小，说明单位时间单位面积对地面撞击次数减小，所以单位时间对单位面积的地面撞击的空气分子数呈减少的趋势，故C正确；

D．根据气体压强的微观意义，气体压强等于单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量，大气压强呈减小的趋势，单位时间内地面上单位面积所受气体分子碰撞的总冲量也呈减小的趋势，故D错误；

故选C。