高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 分子运动速率分布规律教案设计

分子运动速率分布规律

【教学目标】

一、知识与技能

1．知道气体分子运动的特点。

2．能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义。

二、过程与方法

通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象，培养学生的微观想象能力和逻辑思维。

三、情感、态度与价值观

通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析，对学生渗透“透过现象看本质”的哲学思维方法。

【教学重点】

气体分子运动的特点和气体压强的微观意义。

【教学难点】

气体压强的微观意义。

【教学过程】

一、复习提问、新课导入

教师：（复习提问）分子动理论的基本内容是什么？

待学生回答后，指出课题：气体分子的运动是怎样的？气体所遵循的宏观规律和气体的微观结构有何关系？本节我们就研究气体分子微观模型，研究分子运动速率分布的规律。

实验演示：伽尔顿板实验

教师：通过对分子动理论的学习，我们知道，由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子单独来看，运动是不规则的，带有偶然性的，但从总体上看，大量分子的运动遵守一定的规律，这种规律叫做统计规律。

教师：实验表明：个别事物的出现具有偶然的因素，但大量事物出现的机会，却遵从一定的统计规律。

教师：请大家列举生活中你所观察到的符合统计规律的现象。

学生：讨论，列举实例。如考试时，得高分的人数和低分的人数占总人数的比例相对较少，接近平均分的人数相对较多。全班同学的身高分布，也有类似的规律。

二、新课教学

（一）气体分子运动的特点

先设问：气体分子运动的特点有哪些？

师生总结：气体分子运动的特点是：

1．气体间的距离较大，分子间相互作用力十分微弱，可认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用而做匀速直线运动，所以一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。

2．气体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，从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。

（二）分子运动速率分布图像

教师展示分子速率分布图。

教师：尽管大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布。

1．大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。

2．理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比，即T=a，式中a是比例常数。此式说明，温度是分子平均动能的标志（微观意义）。

例题1：对于气体分子的运动，下列说法正确的是（  BD  ）

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少

教师：知道了气体分子运动的这些特点和规律，我们就可以来解释气体压强的产生和气体实验定律了。

（三）气体压强的微观解释

教师：从微观的角度看，气体的压强是大量气体分子频繁撞击器壁而产生的。

类比：雨滴打在伞面上使伞面受到冲击力，雨滴动能越大，雨滴越密集，产生的压力就越大。

实验演示：滚珠撞击电子秤实验

得出结论：从微观角度来看，气体压强的大小与两个因素有关，一是气体分子的平均动能，二是分子的密集程度。前者决定温度，后者决定体积。所以：气体压强与温度和体积有关。

问题：气体压强大小反映了气体分子运动的哪些特征呢？从气体对容器器壁压强产生的机制来分析，显示出如图所示的图形：

如图所示是一个一端用活塞（此时表示活塞部分的线条闪烁3～5次）封闭的气缸，活塞用一弹簧与一固定物相连，活塞与气缸壁摩擦不计，当气缸内为真空时，弹簧长为原长。如果在气缸内密封了一定质量的理想气体。由于在任一时刻气体分子向各方向上运动的分子数相等，为简化问题，我们仅讨论向活塞方向运动的分子。

进一步分析：若每个分子的质量为m，平均速率为v，分子与活塞的碰撞是完全弹性碰撞，则在这一分子与活塞碰撞中，该分子的动量变化为2mv，即受的冲量为2mv，根据牛顿第三定律，该分子对活塞的冲量也是2mv，那么在一段时间内大量分子与活塞碰撞多少次，活塞受到的总冲量就是2mv的多少倍。单位时间内受到的总冲量就是压力，而单位面积上受到的压力就是压强。由此可推出：气体压强一方面与每次碰撞的平均冲量2mv有关，另一方面与单位时间内单位面积受到的碰撞次数有关。对确定的一定质量的理想气体而言，每次碰撞的平均冲量，2mv由平均速率v有关，v越大则平均冲量就越大，而单位时间内单位面积上碰撞的次数既与分子密度n有关，又与分子的平均速率有关，分子密度n越大，v也越大，则碰撞次数就越多，因此从气体分子动理论的观点看，气体压强的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同决定，n越大，v也越大，则压强就越大。

例题2：对于一定质量的理想气体，下列四个叙述中正确的是（  B  ）

A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大

B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变

C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小

D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大

【练习巩固】

1．有关气体的压强，下列说法正确的是（    ）

A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大

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增大，则气体的压强一定增大

D．气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小

2．下列哪些量是由大量分子热运动的整体表现所决定的（    ）

A．压强     B．温度     C．分子密度      D．分子的平均速率

3．分子运动的特点是（    ）

A．分子除相互碰撞或跟容器碰撞外，可在空间里自由移动

B．分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动

C．分子沿各个方向运动的机会均等

D．分子的速率分布毫无规律

4．下面关于温度的叙述正确的是（    ）

A．温度是表示物体冷热程度的物理量

B．两个系统处于热平衡时，它们具有一个共同的性质——温度相同

C．温度是分子热运动平均动能的标志

D．温度的高低决定了分子热运动的剧烈程度

5．下面关于气体压强的说法正确的是（    ）

A．气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的

B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力

C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关

D．从宏观角度看，气体压强的大小跟气体的温度和体积有关

参考答案：

1．D

2．ABD

3．ABC

4．ABCD

5．ABCD