物理选择性必修 第三册3 分子运动速率分布规律背景图ppt课件

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1.了解什么是统计规律。(物理观念)2.理解气体分子运动的特点及气体分子运动速率分布的统计规律。(物理观念)3.能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义,知道气体的压强与所对应的微观物理量间的联系。(科学思维)
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一、气体分子运动的特点1.随机事件与统计规律(1)必然事件:在一定条件下,若某事件　　　　出现,这个事件叫作必然事件。 (2)不可能事件:在一定条件下,若某事件　　　　　　出现,这个事件叫作不可能事件。 (3)随机事件:若在一定条件下某事件　　　　出现,也　　　　不出现,这个事件叫作随机事件。 (4)统计规律:大量　　　　　　的整体往往会表现出一定的规律性,这种规律叫作统计规律。
个别事件出现具有偶然性,大量事件出现具有规律性 
2.气体分子运动的特点(1)运动的自由性:由于气体分子间距离比较大,分子间的作用力很弱,通常认为,气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力而做___________　　　　　　运动,气体充满它能达到的整个空间。 (2)运动的无序性:分子的运动杂乱无章,在某一时刻,向着　　　　　　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几乎　　　　。 
二、分子运动速率分布图像1.图像如图所示。
2.规律:在一定温度下,气体分子的速率都呈　　　　　　　　　　　　的分布。当温度升高时,　　　　　　 　　　　的分布规律不变,速率大的分子比例较　　　,分子的平均速率较　　　,分布曲线的峰值向速率大的一方移动。 
温度高也有速率小的分子
3.温度越高,分子的热运动　　　　　　。 
三、气体压强的微观解释1.产生原因气体对容器的压强是大量气体分子不断撞击器壁的结果。压强就是器壁　　　　　上受到的压力。 2.决定因素微观上决定于分子的平均速率和分子的数密度。(1)若某容器中气体分子的平均速率越大,单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越　　　。 (2)若某容器中气体分子的数密度越大,单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就　　　,平均作用力也会较　　。 
情境链接如图所示,一名同学将一个用水柱封闭的玻璃瓶放入热水中,发现水柱向右移动,试从分子动理论角度解释这个现象。
提示 玻璃瓶放入热水中时,气体的温度升高,气体分子的平均速率变大,在单位时间内,水柱受气体分子撞击的次数增多,水柱所受冲击力变大,水柱向右移动。
教材拓展阅读教材P12演示,用豆粒模拟气体分子,可以模拟气体压强产生的机理。如图所示,从距秤盘20 cm高度把1 000颗豆粒连续均匀地倒在秤盘上,持续作用时间为1 s,豆粒弹起时竖直方向的速度变为碰前的一半。若每个豆粒只与秤盘碰撞一次,且碰撞时间极短(在豆粒与秤盘碰撞极短时间内,碰撞力远大于豆粒受到的重力),已知1 000颗豆粒的总质量为100 g,g取10 m/s2,求在碰撞过程中秤盘受到的压力大小。
易错辨析(1)某一时刻一个分子的速度大小和方向是偶然的。(　　)(2)大量气体分子的运动杂乱无章,在某一时刻,向各个方向运动的分子数目几乎相等。(　　)(3)气体内部所有分子的速率都随温度的升高而增大。(　　)(4)大多数气体分子的速率处于中间值,少数分子的速率较大或较小。(　　)(5)密闭容器中气体的压强是由于分子间的相互作用力而产生的。(　　)
提示温度升高时,不是所有分子的速率都增大,也可能有分子的速率减小。
提示密闭容器中气体的压强是大量气体分子与容器器壁频繁碰撞产生的。
探究点一　气体分子运动的特点和速率分布图像
(1)把4枚硬币投掷10次,记录每次正面朝上的个数。比较个人、小组、大组、全班的数据,你能发现什么规律吗?
(2)气体分子间的作用力很小,若没有分子力作用,气体分子将处于怎样的运动状态?(3)温度不变时,每个分子的速率都相同吗?温度升高时,所有分子运动速率都增大吗?
要点提示 无碰撞时气体分子将做匀速直线运动,但气体分子之间的频繁碰撞使得气体分子的速度大小和方向频繁改变,运动变得杂乱无章。
要点提示 分子在做无规则运动,其速率有大有小。温度升高时,所有分子热运动的平均速率增大,即大部分分子的速率增大了,但也有少数分子的速率减小。
1.对统计规律的理解(1)个别事件的发生具有偶然因素,但大量事件发生的概率往往遵从一定的统计规律。(2)从微观角度看,物体是由数量极多的分子组成的,这些分子并没有统一的运动步调,单独来看,各个分子的运动都是不规则的,带有偶然性,但从总体来看,大量分子的运动有一定的规律。
2.气体分子运动的特点(1)分子都在做永不停息的无规则运动,常温下大多数气体分子的速率都达到数百米每秒。(2)分子的运动杂乱无章,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几乎相等。即气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等。
3.分子运动速率分布图像(1)温度越高,分子的热运动越剧烈。(2)气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布。当温度升高时,对某一分子在某一时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“中间多”的分子速率值增加(如图所示)。
【例1】 一定数量的氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同情况下的速率分布图如图所示,下列说法正确的是(　　)A.虚线对应分子在100 ℃的速率分布情形B.虚线对应分子在0 ℃的速率分布情形C.随着温度的升高,速率小的分子所占的百分比变大D.与低温状态相比,高温时图线与横轴所围的面积大
解析 随着温度的升高,图像峰值对应的平均速率变大,A正确,B错误;随着温度的升高,分子的平均速率变大,所以速率小的分子所占的百分比变小,C错误;低温状态和高温状态时图像与横轴所围面积相等,D错误。
1.(多选)根据气体分子动理论,气体分子运动的剧烈程度与温度有关,下列表格中的数据是研究氧气分子速率分布规律而列出的。
依据表格内容,下列四位同学所总结的规律正确的是(　 　)A.不论温度多高,速率很大和很小的分子总是少数B.温度变化,气体分子速率表现出的“中间多、两头少”的分布规律要改变C.某一温度下,速率都在某一数值附近,离开这个数值越远,分子越少D.温度增加时,速率小的分子数减少了
解析 温度变化,气体分子速率表现出的“中间多、两头少”的分布规律是不会改变的,选项B错误;由气体分子运动的特点和统计规律可知,选项A、C、D正确。
探究点二　气体压强的微观解释
借助铅笔,把气球塞进一只瓶子里,并拉大气球的吹气口,反扣在瓶口上,如图所示,然后给气球吹气,想把气球吹大非常困难,为什么?
要点提示 由于瓶内封闭着一定质量的空气,当气球稍吹大时,瓶内空气的体积变小,分子的数密度变大,压强变大,阻碍了气球的膨胀,因而想把气球吹大是很困难的。
1.气体压强的产生单个分子碰撞器壁的作用力是短暂的,但是大量分子频繁地碰撞器壁,就会对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看,气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。2.气体压强的微观表达式在一正方形密闭容器中有一定质量的气体,其分子数密度为n,分子的平均速率为v,分子与器壁的碰撞视为弹性碰撞,则根据动量定理,对时间t内与器壁碰撞的某个分子,有Ft=-2mv,根据牛顿第三定律,器壁受到的作用力为F'=-F。
在时间t内与器壁碰撞的分子位于长度为vt、底面积为S的圆柱形空间内,考虑到气体分子向各个方向(容器的前后、左右、上下共六个方向)运动
3.决定气体压强大小的因素(1)微观因素①气体分子的数密度:气体分子的数密度(即单位体积内气体分子的数目)越大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,气体压强就越大。②气体分子的平均速率:气体的温度越高,气体分子的平均速率就越大,每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的作用力就越大;从另一方面讲,分子的平均速率越大,在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多,累计作用力就越大,气体压强就越大。
(2)宏观因素①与温度有关:温度越高(其他条件不变),气体的压强越大。②与体积有关:体积越小(其他条件不变),气体的压强越大。4.气体压强的特点对容器壁的压强处处相等。
【例2】 (2023辽宁朝阳高二期中)在分子动理论中,将气体分子抽象为无引力的弹性质点。现有一束气体分子射向一个静止的光滑平壁,假定分子束中各分子的速度大小和方向均相同,且速度方向与平壁垂直。已知每个分子质量为m,分子速率为v,分子数密度为n。若气体分子与平壁相撞后反向等速率弹回,则平壁受到的压强为(　　)A.2nmv2 B.nmv2
解析 根据分子数密度为n,可知单位体积气体分子的个数为n;设气体分子与光滑平壁相互作用力的大小为F,单位体积气体撞向光滑平壁的时间为t= ,对所有气体分子用动量定理有Ft=nmv-(-nmv),联立解得F=2nmv2S,所以光滑平壁受到的压强为p= =2nmv2,故选A。
2.一定质量的气体,温度不变仅体积减小后,气体的压强增大,用分子动理论的观点分析,这是因为(　　)A.气体分子的总数增加B.单位体积内的分子数不变C.气体分子每次碰撞器壁的平均作用力增大D.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
解析 气体的质量一定,则分子数一定,当体积减小时,分子总数不变,单位体积内的分子数增加,A、B错误;因温度不变,则分子的平均速率不变,故气体分子每次碰撞器壁的平均作用力不变,C错误;一定质量的气体,温度不变,则分子的平均速率不变,体积减小,分子数密度增大,则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多,故气体的压强增大,D正确。
1.(气体分子运动速率分布图像的理解)麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率分布规律,后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标v表示分子速率,纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面四幅图能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是(　　)
解析 各速率区间的分子数占总分子数的百分比不能为负值,A、B错误;气体分子速率分布规律呈现“中间多,两头少”的趋势,速率为0的分子几乎不存在,故C错误,D正确。
2.(气体分子运动特点和气体压强微观因素的理解)(2023重庆万州高二月考)关于气体的压强和分子的运动情况,下列说法正确的是(　　)A.气体的压强是由气体分子间的吸引和排斥产生的B.当某一容器自由下落时,容器中气体的压强将变为零C.某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的D.某一温度下,大多数气体分子的速率不会发生变化
解析 气体的压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的,与气体分子间的吸引和排斥无关,故A错误;当某一容器自由下落时,容器中气体分子的热运动不会停止,则气体的压强不为零,故B错误;由于分子之间的撞击,所以分子随时会改变自己的运动状态,即某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的,故C正确;某一温度下,每个分子的速率都是随机变化的,只是气体分子的平均速率不会发生变化,故D错误。
3.(气体压强的微观决定因素)(多选)对于一定质量的气体,下列叙述正确的是(　　)A.气体的体积变小时,单位体积的分子数增多,单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多,从而气体的压强一定增大B.密封在体积不变的容器中的气体,若温度升高,则气体分子对器壁单位面积上的平均作用力增大C.气体的温度升高时,分子的热运动变得剧烈,撞击器壁时对器壁的作用力增大,从而气体的压强一定增大D.气体的温度降低,体积减小,压强可能不变