(共30张PPT)
3.分子运动速率分布规律
第一章
2022
内容索引
01
02
03
自主预习 新知导学
合作探究 释疑解惑
课堂小结
04
随堂练习
课标定位
素养阐释
1.知道气体分子运动的特点。
2.理解气体压强的微观解释。
1.掌握气体分子运动的特点,培养科学思维。
2.理解压强的微观解释,培养科学思维。
自主预习 新知导学
一、统计规律
1.必然事件:在一定条件下,若某事件 必然 出现,这个事件叫作必然事件。
2.随机事件:若在一定条件下某事件可能 出现 ,也可能 不出现 ,这个事件叫作随机事件。
3.大量随机事件的 整体 往往会表现出一定的规律性,这种规律就叫作统计规律。
二、气体分子运动的特点
1.气体分子间距离大约是分子直径的 10 倍,可以把气体分子视为 质点 。
2.气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力而做 匀速直线运动。
3.在某一时刻,向各个方向运动的气体分子数目 几乎相等 。
三、分子运动速率分布图像
1.在一定 温度 下,气体的多数分子的速率表现出“ 中间多、两头少 ”的分布规律。当温度 升高 时,该分布规律 不变 ,气体分子的速率 增大 ,分布曲线的峰值向 速率大 的一方移动。
2.随着温度的升高,所有气体分子运动的速率都增大吗
答案：不是。温度升高,有的气体分子运动速率增大,有的气体分子运动速率减小,但所有气体分子的平均速率增大。
四、气体压强的微观解释
1.气体对容器的压强:气体分子飞到器壁时,就会跟器壁发生 弹性 碰撞,就是这个撞击对器壁产生了 作用力 ,从而产生了压强。
2.用动量定理解释撞击力:质量为m的气体分子以速度v与器壁碰撞然后原速反弹,气体分子受到的冲量为FΔt= -mv-mv = -2mv ,气体分子受到的作用力为F=- ,据牛顿第三定律,器壁受到的作用力为F'= 。
3.气体的压强:对于大量分子总的作用来说,撞击力表现为连续的和均匀的。器壁单位面积上受到的压力,数值上就是气体的 压强 。
4.气体的压强相关因素:气体分子平均速率 越大 ,单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越大;若容器中气体分子的 数密度 越大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,平均作用力也会较大。
5.从宏观上看,气体的压强与气体的温度和体积有关,从微观上看,气体的压强由哪两个因素共同决定
答案：从微观上看,气体的压强由气体分子的平均速率和分子的密集程度决定。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)气体的温度升高时,所有气体分子的速率都增大。( )
(2)某一时刻气体分子向任意一个方向运动的分子数目近似相等。( )
(3)某一温度下大多数气体分子的速率不会发生变化。( )
(4)从分子动理论的观点来看,气体对容器的压强源于气体分子的热运动。
( )
(5)若容器中气体分子的数密度大,在单位时间内, 与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,平均作用力也会较大。( )
×
√
√
√
×
2.(多选)一定质量的气体,保持其体积不变,只升高温度,压强会增大,从微观来分析这是因为( )
A.气体分子每次碰撞器壁的平均作用力加大
B.器壁单位面积上在单位时间内受到的分子碰撞次数增多
C.气体分子数增加
D.气体分子密集程度加大
解析：气体被等容升温,因温度升高,所以分子的平均速率变大,而气体的体积不变,分子密集程度不变,所以单位时间内器壁单位面积上碰撞的分子数增多,故A、B正确,C、D错误。
AB
合作探究 释疑解惑
知识点一
气体分子运动的统计规律
【问题引领】
阅读下面的文字,然后思考问题:
统计规律性是支配大量随机事件的整体行为的规律性。随机现象有其偶然性的一面,也有其必然性的一面,这种必然性表现为大量观察或试验中随机事件发生的频率的稳定性,即一个随机事件发生的频率经常在某个定值附近摆动,而且,试验次数越多,摆动越少,这种规律性我们称之为统计规律性。
请思考:统计规律性的特点是怎样的
提示：统计规律性只对大量个别随机事件的总体起作用;个别随机事件的数量越多,统计规律性的表现越明显。
【归纳提升】
1.大量对象组成的整体所遵循的规律称为统计规律。
2.对大量分子的整体来说,在任一时刻分子沿各个方向运动的机会是均等的。
3.气体分子速率分布规律
(1)图像
(2)规律
在一定温度下,不管个别分子怎样运动,气体的多数分子的速率都在某个数值附近,表现出“中间多、两头少”的分布规律。当温度升高时,该分布规律不变,气体分子的平均速率增大,分布曲线的峰值向速率大的一方移动。
【典型例题】
【例题1】 (多选)下图为一定质量的氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同情况下的速率分布情况,由图可以判断以下说法正确的是( )
A.温度升高,所有分子的运动速率均变大
B.温度越高,分子的平均速率越小
C.0 ℃和100 ℃氧气分子的速率分布都呈
现“中间多、两头少”的分布特点
D.100 ℃的氧气与0 ℃的氧气相比,速率大
的分子所占比例较大
解析：温度升高,分子的无规则运动加剧,分子的平均速率变大,但个别分子的运动速率可能变小,故A、B均错。大量气体分子的速率分布总是呈现“中间多、两头少”的规律,C正确。温度升高,大多数分子的速率增大,D正确。
CD
规律总结 (1)热力学统计规律显示气体分子的速率呈现“中间多、两头少”的分布。
(2)温度升高,分子的平均速率增大,速率大的分子所占比例增大。
【变式训练1】 (多选)关于气体分子的运动情况,下列说法不正确的是
( )
A.某一时刻具有某一速率的分子数目是相等的
B.某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的
C.某一温度下,大多数气体分子的速率不会发生变化
D.每个分子速率一般都不相等,速率很大或速率很小的分子数目都很少
解析：具有某一速率的分子数目并不是相等的,呈“中间多、两头少”的统计规律分布,故A错误,D正确。由于分子之间频繁地碰撞,分子随时都会改变自己的运动情况,因此在某一时刻,一个分子速度的大小和方向完全是偶然的,故B项正确。某一温度下,每个分子的速率仍然是随时变化的,只是分子运动的平均速率不变,故C项错误。
AC
【问题引领】
知识点二
气体压强的微观解释
1.从微观上讲,气体的压强是如何产生的
2.从微观上讲,影响气体的压强的大小的因素是什么
提示：1.大量分子对器壁碰撞产生持续、均匀的压力,进而产生压强。
2.分子的平均速率和分子的密集程度。
【归纳提升】
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,气体的压强表现为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。
一方面,若某容器中气体分子的平均速率越大,单位时间内、单位面积上气体分子与器壁的碰撞对器壁的作用力就越大;另一方面,若容器中气体分子的数密度大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,平均作用力也会越大。
画龙点睛 气体对器壁的压强可以与雨伞在雨中受到雨点的持续打击力相类比。
【典型例题】
【例题2】 下列说法正确的是( )
A.气体对器壁的压强表现为大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力
B.气体对器壁的压强表现为大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力
C.气体分子热运动的平均速率减小,气体的压强一定减小
D.单位体积的气体分子数增加,气体的压强一定增大
解析：气体压强表现为气体分子对器壁单位面积的撞击力,故A正确,B错误。气体压强的大小与气体分子的平均速率和气体分子密集程度有关,故C、D错误。
A
【变式训练2】 有关气体的压强,下列说法正确的是( )
A.气体分子的速率增大,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.气体分子的平均速率增大,则气体的压强一定增大
D.气体分子的平均速率增大,气体的压强有可能减小
解析：分子的速率增大,撞击力增大,若分子的密集程度减小,则压强有可能减小,故A、C错,D对。分子的密集程度增大,若速率减小,压强也有可能减小或不变,故B错。
D
课堂小结
随堂练习
1.(分子运动统计规律)(多选)在研究热现象时,我们采用统计方法。这是因为( )
A.每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的
B.个别分子的运动不具有规律性
C.在一定温度下,大量分子的速率分布也随时间而变化
D.大量随机事件的整体会表现出一定的规律性
解析：大量分子运动的速率分布是有规律的,可以用统计方法,而个别分子的运动速率瞬息万变,没有规律,故选项B、D正确。
BD
2.(分子运动特点)(多选)大量气体分子运动的特点是( )
A.分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外,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.分子沿各方向运动的机会相等
D.分子的速率分布毫无规律
解析：因气体分子间距离较大,分子力弱到可以忽略,分子除碰撞外不考虑其他作用,故可在空间里自由移动,A正确。分子间频繁的碰撞使分子的运动杂乱无章,且向各方向运动的机会均等,B、C正确。气体分子速率按“中间多、两头少”规律分布,D错误。
ABC
3.(温度对分子速率的影响)下列关于气体分子运动的特点,说法正确的是
( )
A.气体分子运动的平均速率与温度有关
B.当温度升高时,气体分子的速率分布不再遵循“中间多、两头少”的统计规律
C.气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得
D.气体分子的平均速度随温度升高而增大
解析：气体分子的运动与温度有关,温度升高时,平均速率变大,但仍遵循“中间多、两头少”的统计规律,A对、B错。分子运动无规则,而且牛顿运动定律是宏观定律,不能用它来求微观分子的运动速率,C错。大量分子向各个方向运动的概率相等,所以稳定时,平均速度几乎为零,与温度无关,D错。
A
4.(气体压强的微观解释)决定气体压强大小的因素是( )
A.气体的体积和气体的密度
B.气体的质量和气体的种类
C.气体分子的数密度和气体分子运动速率
D.气体分子质量和气体分子的速度
解析：决定气体压强大小的微观因素是分子密集程度和分子平均速率,宏观上体现在体积和温度上。
C
本 课 结 束3.分子运动速率分布规律
课后训练 巩固提升
基础巩固
1.(多选)下列对气体分子运动的描述正确的是( )
A.气体分子的运动是杂乱无章的,没有一定的规律
B.气体分子间除相互碰撞外,几乎无相互作用
C.大量气体分子的运动符合统计规律
D.气体之所以能充满整个空间,是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱,气体分子可以在空间自由运动
答案：BCD
解析：气体分子间距离很大,相互作用的引力和斥力很弱,能自由运动;气体分子的运动是杂乱无章的,但大量气体分子的运动符合统计规律,故A错,B、C、D正确。
2.关于气体的压强,下列说法正确的是( )
A.单位体积内的分子数越多,分子的平均速率越大,气体的压强就越大
B.单位体积内的分子数越多,分子的平均速率越小,气体的压强就越大
C.一定质量的气体,体积越大,温度越高,气体的压强就越大
D.一定质量的气体,体积越大,温度越低,气体的压强就越大
答案：A
3.在一定温度下,当一定量气体的体积增大时,气体的压强减小,这是由于( )
A.单位体积内的分子数变小,单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数变小
B.气体分子的密集程度变小,分子对器壁的吸引力变小
C.每个分子对器壁的平均撞击力都变小
D.气体分子的密集程度变小,单位体积内分子的质量变小
答案：A
解析：温度不变,气体分子的平均速率不变,每次碰撞分子对器壁的平均作用力不变,但体积增大后,单位体积内的分子数变小,因此单位时间内碰撞次数变小,气体的压强变小,A正确,B、C、D错误。
4.(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。
按速率大小划分区间/(m·s-1) 各速率区间的分子数占分子总数的百分比/%
0 ℃ 100 ℃
(0,100) 1.4 0.7
[100,200) 8.1 5.4
[200,300) 17.0 11.9
[300,400) 21.4 17.4
[400,500) 20.4 18.6
[500,600) 15.1 16.7
[600,700) 9.2 12.9
[700,800) 4.5 7.9
[800,900) 2.0 7.6
[900,∞) 0.9 3.9
根据表格内容,以下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,表现出“中间多、两头少”的分布规律要改变
C.某一温度下,速率在某一数值附近的分子数多,离开这个数值越远,分子数越少
D.温度增加时,速率小的分子数减少了
答案：ACD
解析：温度变化,表现出“中间多、两头少”的分布规律是不会改变的,B错误。由气体分子运动的特点和统计规律可知,A、C、D描述正确。
5.密闭在钢瓶中的气体,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：速率 小于
解析：温度升高时分子平均速率增加,大速率的分子占总分子数的比例增大,故T1小于T2。
6.根据热力学理论可以计算出氨气分子在0 ℃时的平均速率约为490 m/s,该温度下标准大气压时氨气分子对单位面积器壁的单位时间的碰撞次数为3×1023次,气体分子的平均距离约为10-9 m,试根据以上数据分析说明为什么研究单个分子的运动规律是不现实的
答案：见解析
解析：因为分子运动的速率大,分子间的碰撞频繁,分子速度方向极易变化,单个分子的运动规律根本无法研究,所以不现实。
能力提升
1.关于气体的压强,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.气体分子的平均速率增大,气体的压强一定增大
C.气体的压强是由于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
答案：C
解析：气体的压强是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,分子的运动不受影响,容器中气体的压强不为零,D错误。
2.对于一定质量的气体,下列四个论述正确的是( )
A.当分子热运动变剧烈时,压强必增大
B.当分子热运动变剧烈时,压强可以不变
C.当分子间平均距离变大时,压强必变大
D.当分子间平均距离变大时,压强必变小
答案：B
解析：分子热运动变剧烈,表明气体温度升高,分子平均速率增大,但不知道气体的分子密集程度如何变化,故压强的变化趋势不明确,A错,B对。分子间平均距离变大,表明气体的分子密集程度变小,但因不知道此时分子的平均速率如何变化,故气体压强的变化不明确,C、D错。
3.下图描绘的是一定质量的氧气分子分别在0 ℃和100 ℃两种情况下速率分布的情况,符合统计规律的是( )
答案：A
解析：气体温度越高,分子热运动越剧烈,分子热运动的平均速率增大,且分子速率分布呈现“中间多、两头少”的特点。温度高时速率大的分子所占据的比例越大,所以A正确。
4.一定质量的气体,在压强不变的条件下,温度升高,体积增大,从分子动理论的观点来分析,正确的是( )
A.此过程中分子的平均速率不变,所以压强保持不变
B.此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变,所以压强保持不变
C.此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变,所以压强保持不变
D.以上说法都不对
答案：D
解析：一定质量的气体,在压强不变的条件下,温度升高分子平均速率增大,体积增大,分子的密集程度减小,可以保持压强不变。故A、B、C错误,D正确。
5.在一定温度下,某种气体分子的速率分布应该是( )
A.每个分子速率都相等
B.每个分子速率一般都不相等,速率很大和速率很小的分子数目都很少
C.每个分子速率一般都不相等,但在不同速率范围内,分子数的分布是均匀的
D.每个分子速率一般都不相等,速率很大和速率很小的分子数目很多
答案：B
解析：从气体分子速率分布图像可以看出,分子速率呈“中间多、两头少”的分布规律,故选项B正确。
6.假日释放氢气球,在氢气球上升过程中,气球会膨胀,达到极限体积时甚至会胀破。假设在氢气球上升过程中,环境温度保持不变,则球内的气体压强 (选填“增大”“减小”或“不变”),气体分子热运动的剧烈程度 (选填“变强”“变弱”或“不变”),气体分子的速率分布情况最接近图中的 (选填“A”“B”或“C”)线,图中f(v)表示速率v处单位速率区间内的分子数百分率。
答案：减小 不变 C
解析：在氢气球上升过程中,环境温度保持不变,气体分子热运动的剧烈程度不变,体积增大,气体分子的密集程度减少,球内气体的压强减小;气体分子的速率分布满足“中间多、两头少”的特点,最接近题图中的C线。
7.某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示,图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率,所对应的温度为TⅠ、TⅡ、TⅢ,它们的大小关系为 。
答案：TⅠ解析：温度越高、分子热运动越剧烈,速率大的分子所占比例越多,气体分子速率“中间多”的部分在f(v)-v图像上向右移动。所以由题图可看出TⅢ>TⅡ>TⅠ。
