鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第1章 分子动理论与气体实验定律第3节 气体分子速率分布的统计规律教案配套课件ppt

这是一份鲁科版 (2019)选择性必修 第三册第1章 分子动理论与气体实验定律第3节 气体分子速率分布的统计规律教案配套课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了必备知识自主学习，关键能力合作探究，课时作业巩固演练，课堂检测素养达标，不出现，偶然事件，两头少，频繁碰撞，单位体积的分子数等内容，欢迎下载使用。
[学科素养与目标要求]物理观念：1.了解什么是统计规律，了解偶然中的必然。2．知道描述气体的状态参量。科学思维：1.知道气体分子速率的分布规律，理解气体分子的速率分布图像。2．体会气体压强产生的原因及影响因素。科学探究：1.通过伽尔顿板实验，帮助学生理解统计规律。2．探究气体压强与体积的关系。
一、偶然中的必然　气体分子速率分布规律1．必然事件：在一定条件下______出现的事件。2．偶然事件：在一定条件下可能出现，也可能________的事件。3．统计规律：大量__________表现出来的整体规律。
4．气体分子速率分布规律(1)一定的温度下，大量气体分子的速率分布呈“________________”的规律。(2)当温度升高时，“________________”的分布规律不变，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。
二、气体的状态参量1．描述气体的状态参量:______、______和______。2．气体压强产生原因：是大量气体分子对器壁的_________引起的，气体的压强与气体的______和__________________有关。
自主评价———————————————————1．判断下列说法的正误。(1)气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大。(　　)(2)0 ℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为273 K。(　　)(3)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。(　　)(4)气体的温度越高，分子越密集，气体压强越大。(　　)
2．密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大。从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的________增大了。该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图像如图所示，则T1________(选填“大于”或“小于”)T2。答案：平均动能　小于
要点1　对气体分子速率分布规律的理解[探究导入]　(1)抛掷一枚硬币时，其正面有时向上，有时向下，抛掷次数较少和次数很多时，会有什么规律？(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自由状态？(3)温度不变时，每个分子的速率都相同吗？温度升高，所有分子运动速率都增大吗？
提示：(1)抛掷次数较少时，正面向上或向下完全是偶然的，但次数很多时，正面向上或向下的概率是相等的。(2)无碰撞时气体分子将做匀速直线运动，但由于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。(3)分子在做无规则运动，造成其速率有大有小。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)个别事物的出现具有偶然因素，但大量事物出现的机会却遵循一定的统计规律。(2)从微观角度看，由于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，大量分子的运动却有一定的规律。
2．气体温度的微观意义(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，某一分子在某一时刻的速率不一定增加，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)。
[典例1]　(多选)对于气体分子的运动，下列说法正确的是(　　)A．一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁，但同一时刻，每个分子的速率都相等B．一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子数目相对较少C．一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况D．一定温度下某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均动能可能减小
[解析]　一定温度下某理想气体分子碰撞十分频繁，单个分子运动杂乱无章，速率不等，但大量分子的运动遵循统计规律，速率很大和速率很小的分子数目相对较少，向各个方向运动的分子数目相等，A、C错，B对；温度升高时，大量分子平均动能增大，但个别或少量(如10个)分子的平均动能有可能减小，D对。[答案]　BD
[总结提升]气体分子的运动是杂乱无章、无规则的，研究单个的分子无实际意义，我们研究的是大量分子的统计规律。
1．(多选)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示。下列说法正确的是(　　)A．图中两条曲线下面积相等B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形C．图中实线对应于氧气分子在0 ℃时的情形D．图中曲线给出了任意单位速率间隔的氧气分子数目
解析：由题图可知，在0 ℃和100 ℃两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于 1，即相等，故A正确；由题图可知，具有最大比例的单位速率间隔，0 ℃时对应的速率小，故说明虚线对应于氧气分子在0 ℃时的情形，实线为100 ℃时的情形，故B正确，C错误；图中曲线给出了任意单位速率间隔的氧气分子占据的比例，但无法确定分子具体数目，故D错误。答案：AB
要点2　气体的压强[探究导入]　(1)如图甲所示，密闭容器内封闭一定质量的气体，气体的压强是由气体分子间的斥力产生的吗？
(2)把一颗豆粒拿到台秤上方约10 cm的位置，放手后使它落在秤盘上，观察秤的指针的摆动情况。如图乙所示，再从相同高度把100粒或更多的豆粒连续地倒在秤盘上，观察指针的摆动情况。使这些豆粒从更高的位置落在秤盘上，观察指针的摆动情况。用豆粒做气体分子的模型，试说明气体压强产生的原理及影响因素。提示：(1)不是，是分子撞击器壁而产生的。(2)大量气体分子频繁撞击容器壁，使容器壁受到一个稳定的压力，从而产生压强。气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能，一个是分子的密集程度。
1．气体压强的产生单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，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．决定气体压强大小的因素(1)微观因素①气体分子的密集程度：气体分子密集程度(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气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；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，累计冲力就越大，气体压强就越大。
(2)宏观因素①与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大。②与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大。
3．气体压强与大气压强的区别
[典例2]　(多选)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为(　　)A．气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大B．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C．气体分子的总数增加D．气体分子的密集程度增大
[解析]　理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密集程度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的平均冲力不变，故B、D正确，A、C错误。[答案]　BD
2．关于气体的压强，下列说法中正确的是(　　)A．气体的压强是由气体分子间的吸引和排斥产生的B．气体分子的平均速率增大，气体的压强一定增大C．气体的压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的D．当某一容器自由下落时，容器中气体的压强将变为零
解析：气体的压强是由大量气体分子频繁撞击器壁产生的，A错误，C正确；气体分子的平均速率增大，若气体体积增大，气体的压强不一定增大，B错误；当某一容器自由下落时，容器中气体分子的运动不受影响，气体的压强不为零，D错误。答案：C
要点3　封闭气体压强的计算[探究导入]　(1)如图甲所示，C、D液面水平且等高，液体密度为ρ，重力加速度为g，其他条件已标于图上，试求封闭气体A的压强。
(2)在图乙中，气缸置于水平地面上，气缸横截面积为S，活塞质量为m，气缸与活塞之间无摩擦，设大气压强为p0，重力加速度为g，试求封闭气体的压强。
1．容器静止或匀速运动时封闭气体压强的计算(1)取等压面法同种液体在同一深度向各个方向的压强相等，在连通器中，灵活选取等压面，利用同一液面压强相等求解气体压强。如图甲所示，同一液面C、D两处压强相等，故pA＝p0＋ph；如图乙所示，M、N两处压强相等，从左侧管看有pB＝pA＋ph2，从右侧管看，有pB＝p0＋ph1。
(2)力平衡法选与封闭气体接触的液体(或活塞、气缸)为研究对象进行受力分析，由平衡条件列式求气体压强。
2．容器加速运动时封闭气体压强的计算当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、气缸或活塞为研究对象，并对其进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强。
[典例3]　如图所示，竖直静止放置的U形管，左端开口，右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内。已知水银柱a长h1为10 cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5 cm，大气压强为75 cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少。
[解析]　设管的横截面积为S，选a的下端面为参考液面，它受向下的压力为(pA＋ph1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋ph1)S＝p0S，所以pA＝p0－ph1＝(75－10) cmHg＝65 cmHg；再选b的左下端面为参考液面，由连通器原理知：液柱h2的上表面处的压强等于pB，则(pB＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5) cmHg＝60 cmHg。[答案]　65 cmHg　60 cmHg
3．如图所示，两端开口的弯折的玻璃管竖直放置，三段竖直管内各有一段水银柱，两段空气封闭在三段水银柱之间，若左、右两管内水银柱长度分别为h1、h2，且水银柱均静止，则中间管内水银柱的长度为(　　)
解析：设大气压强为p0，左边封闭空气的压强p左＝p0－ph1，右边封闭空气的压强p右＝p0＋ph2＝p左＋ph，解得h＝h1＋h2，故B正确。答案：B
要点4　探究气体压强与体积的关系1．实验目的(1)探究一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系。(2)学习气体压强的测量方法。
2．实验原理实验装置如图所示，玻璃管下端的开口有橡胶套，它和活塞一起把一段空气柱封闭在玻璃管中。这段空气柱是我们研究的对象，实验过程中它的质量不会变化；实验中如果空气柱体积的变化不太快，它的温度大致等于环境温度，也不会有明显的变化。
3．实验器材气压计、玻璃管、铁架台、活塞等。4．注意事项提醒(1)气体质量要一定：玻璃管要密封，为此可在玻璃管上均匀涂上润滑油。(2)温度要保持不变：推拉活塞要缓慢；手不能握住玻璃管，改变气体体积后不要立即读数，待稳定后再读数。
5．实验步骤(1)安装实验器材；(2)将活塞推到刻度2处；(3)记下此时的压强值和对应的体积值(刻度值)，填入表格；(4)缓慢推拉活塞，使刻度值分别为1.5、1、…(或2.5、3、…)，重复上一步骤记下对应的压强和体积。
6．实验记录及数据处理实验记录：玻璃管横截面积S＝________，大气压强p0＝________。
[典例4]　如图甲所示，做“用DIS研究温度不变时气体的压强与体积的关系”实验时，缓慢推动活塞，注射器内空气体积逐渐减小，多次测量得到如图乙所示的p-V图线(其中实线是实验所得图线，虚线为双曲线的一支，实验过程中环境温度保持不变)。
(1)在此实验操作过程中注射器内的气体分子平均动能如何变化？______，因为______________________________________________________________________________________________________________(请简述理由)。(2)仔细观察不难发现，该图线与玻意耳定律不能吻合，造成这一现象的可能原因是_____________________________________________________________________________________________________________________。
[答案]　(1)不变　缓慢推动活塞，气体温度保持不变，而温度是分子平均动能的标志，温度不变，气体分子平均动能不变　(2)实验时注射器内的空气外泄　(3)A
4.某同学用如图所示注射器探究气体压强与体积的关系。实验开始时在注射器中用橡皮帽封闭了一定质量的空气。则：(1)若注射器上全部刻度的容积为V，用刻度尺测得全部刻度长为L，则活塞的横截面积可表示为________；
(2)测得活塞和框架的总质量是M，大气压强为p0，当注射器内气体处于某状态时，在框架左右两侧对称挂两个砝码，每个砝码质量为m，不计活塞与注射器管壁间摩擦，则稳定后注射器内气体的压强可表示为________________。
1．如图是氧气分子在不同温度(0 ℃和100 ℃)下的速率分布图，由图可知(　　)A．同一温度下，氧气分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律B．随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大C．随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增加D．随着温度的升高，氧气分子的平均速率变小
解析：温度升高后，并不是每一个氧气分子的速率都增大，而是氧气分子的平均速率变大，并且速率小的分子所占的比例减小，则B、C、D错误；同一温度下，氧气分子呈现出“中间多、两头少”的分布规律，A正确。答案：A
2．如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装满水，乙中充满空气，则下列说法中正确的是(容器容积恒定)(　　)A．两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的B．两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的C．甲容器中pA>pB，乙容器中pC＝pDD．当温度升高时，pA、pB变大，pC、pD也要变大
解析：甲容器中器壁的压强产生的原因是水受到重力的作用，而乙容器中器壁的压强产生的原因是分子撞击器壁，A、B错误；水的压强p＝ρgh，hA>hB，可知pA>pB，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，pC＝pD，C正确；温度升高时，pA、pB不变，而pC、pD变大，D错误。答案：C
3.如图所示，下端用橡皮管连接的两根粗细相同的玻璃管竖直放置，右管开口，左管内被封闭一段气体，水银面比右管低，现保持左管不动，为了使两管内水银面一样高，下面采取的措施可行的是(　　)A．减小外界气压B．从U形管的右管向内加水银C．把U形管的右管向上移动D．把U形管的右管向下移动
解析：为使两管内水银面一样高，左管中空气的压强减小，由气体的压强与体积成反比，气体的体积要增大，右管必须向下移动，D正确。答案：D
4．如图所示，活塞的质量为m，缸套的质量为M，通过弹簧静止吊在天花板上，气缸内封住一定质量的气体，缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0，重力加速度为g，则封闭气体的压强为(　　)