1.3分子运动速率分布规律（教学课件）(共40张PPT)

(共40张PPT)
3. 分子运动速率分布规律
人教版（2019）物理（选择性必修第三册）
第一章 分子动理论
目录
素养目标
01
课程导入
02
新课讲解
03
总结归纳
04
课堂练习
05
正确教育
素养目标
1.初步了解什么是统计规律
2.了解气体分子运动的特点：分子沿各个方向运动的机会相等，分子速率按一定规律分布
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
伽尔顿板实验演示
伽尔顿板的上部规则地钉有铁钉，下部用竖直隔板隔成等宽的狭槽，从顶部入口投入一个小球时，小球落入某个狭槽是偶然的。
如果投入大量的小球，就可以看到，最后落入各狭槽的小球数目是不相等的。靠近入口的狭槽内小球的数目少。
重复几次实验，其分布情况遵从一定的规律，由此能得到什么启发？
正确教育
新课讲解
个体——随机性
大量——规律性
观看视频，总结规律
统计规律（statistical regularity）
分子的运动是无规则的，每个分子的运动都具有不确定性。但物体是由大量分子组成的，因而物体的热现象的宏观特性是由大量分子的集体行为决定的。
所以看起来无规则的分子热运动，也必定是有一定的规律的——统计规律。
动手做一做，切身体会统计规律
扔4枚硬币，统计4枚硬币的花色情况
扔两枚骰子，统计两个骰子的点数和
5种情况随机出现，每种情况出现频率相同
“中间多，两头少”
点数和 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
频数 1 2 3 4 5 6 5 4 3 2 1
必然事件：
在一定条件下必然出现的事件。
不可能事件：
在一定条件下不可能出现的事件。
随机事件：
在一定条件下可能出现，也可能不出现的事件。
统计规律：
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。
统计规律
①个别事件的出现具有偶然因素，但大量事件出现的机会却遵从一定的统计规律。
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。
对统计规律的理解
气体分子运动的自由性：
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。
○气体分子运动的特点
单个分子运动的无序性：
气体分子之间频繁地发生碰撞，使每个
分子的速度大小和方向频繁地改变
气体分子的运动杂乱无章，某一时刻向
着任一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。
○气体分子运动的特点
大量分子运动的规律性：在某一时刻，向各个方向运动的气体分子数目几乎相等。
特别提醒：
单个或少量分子的运动是“个别行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”具有规律性即遵守统计规律。
分子的运动速率有没有规律？
○气体分子运动的特点
分子运动速率分布图像如图所示
○○分子运动速率分布图像
O
f(v)百分比
v
低温分布
高温分布
1、分子速率呈现“中间多、两头少”的分布
2、温度升高，速率大的分子数增加，速率小的分子数减少
3、温度升高时，分子平均速率增大， “中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动
规律：
氧气在0 ℃和100 ℃时，同一时刻在不同速率区间内的分子数占总分子数的百分比
对一定质量的封闭气体，其分子运动速率低温分布图像和高温分布图像与坐标轴所围的面积应相等，等于1
③不同温度下，曲线与横轴所围面积相等
①在任意温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。
②当温度升高时，“中间多”(最大比例的速率区间)这一高峰向速率大的一方移动。表明速率大的分子数增多，分子平均速率增大，热运动越剧烈
注意：
温度升高，平均速率变大
某一个气体分子的速率变大
a 为比例常数
经典例题
19世纪中叶，英国物理学家麦克斯韦创造性地运用统计方法找到了气体分子速率的分布函数，从而确定了气体分子速率分布的统计规律。该分子速率分布函数f(v)的图像如图所示，f(v)为在速率v附近单位速率区间内分子数占总分子数的百分比。以下说法正确的是( )
A.曲线Ⅰ对应的温度比曲线Ⅱ对应的温度高
B.说明单个分子做无规则运动具有一定的规律性
C.说明大多数分子的速率都在某个峰值附近
D.图中曲线与横轴围成图形的面积表示分子速率所有区间内分子数之和
C
答案：C
解析：A.温度越高，分子的热运动越剧烈，速率大的分子比例越大，则曲线I对应的温度比曲线Ⅱ对应的温度低，故A错误；B.做无规则运动的大量分子的规律是用统计思想方法加以研究得出的，说明大量分子的运动具有一定的规律性，故B错误；C.气体分子的速率名不相同，但大多数分子的速率都在某个峰值附近，离这个数值越远，分子数越少，呈现出“中间多、两头少”的分布特征，故C正确；D.曲线与横轴围成图形的面积表示分子速率所有区间内分子数的占比，之和，故D错误。故选C。
正确教育
气体压强的
微观解释
各方向的压强相同
器壁单位面积上受到的压力，就是气体的压强 p
持续均匀的压力
FΔt= -mv-mv= -2mv
F
F’
大量气体分子频繁的作用在器壁，产生的平均作用力
○○○气体压强的微观解释
大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁产生持续、均匀的压力，产生压强
动手做一做，体会气体压强产生的机理
影响气体压强的因素
1.分子的平均动能
温度
体积
微观角度
宏观角度
2.分子密集程度
从宏观上如何改变？
所以，气体压强P 的大小与气体的体积V 和温度T 都有关
气体压强 大气压强
区 别 ①因密闭容器内的气体分子的数密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生。 ②大小由气体分子的数密度和温度决定，与地球的引力无关。 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强。
②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值。
③大气压强最终也是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。
联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的
经典例题
关于对气体压强的微观理解，下列说法正确的是( )
A.如果气体的体积保持不变，当封闭气体的温度升高时，气体分子对器壁的平均冲力增大，碰撞次数增多，压强增大
B.如果气体的温度保持不变，当气体的体积增大时，分子每次与器壁碰撞时平均冲力减小，气体压强减小
C.如果气体的温度保持不变，当气体的压强增大时，气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
D.气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁上的作用力
A
答案：A
解析：A.体积不变时，温度升高，每个气体分子对器壁产生的平均冲力增大，同时在单位时间内的碰撞次数就增多，压强增大，故A正确；B.温度不变时，气体分子每次碰撞时的平均冲力不变，体积增大时，单位体积气体分子数目减少，单位时间、单位面积上受到碰撞的次数减少，导致压强降低，故B错误；C.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，由于温度不变，气体分子碰撞器壁的平均冲力不变，故C错误；D.气体压强为气体分子对器壁单位面积的撞击力，故D错误。故选A。
经典例题
一导热性能良好的容器中气压小于外界环境的大气压强，容器中的气体和外界环境中的气体都可以看成理想气体，则下列说法正确的是( )
A.容器中气体分子的平均速率小于外界环境中气体分子的平均速率
B.容器中单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数
C.容器中每个气体分子的运动速率都小于外界环境中每个气体分子的运动速率
D.相同面积下，容器中内壁受到的气体压力等于外壁受到的气体压力
B
答案：B
解析：AC.容器导热性能良好，则容器中气体温度等于外界环境温度，所以容器中气体分子的平均速率等于外界环境中气体分子的平均速率，容器中有的气体分子的运动速率大，有的气体分子运动速率小，故AC错误;B.容器中气体温度等于外界环境温度，而容器中气压小于外界环境的大气压强，则容器中单位体积气体分子的个数小于外界环境中单位体积气体分子的个数，故B正确;D.容器中气压小于外界环境的大气压强，则根据 可知，相同面积下，容器中内壁受到的气体压力小于外壁受到的气体压力，故D错误。故选B。
气体分子运动的特点
分子运动速率分布
气体压强的微观解释
分子运动速率分布规律
气体分子可以充满任何容器
各个方向运动的分子数是均等的。
“中间多、两头少”
——温度
——体积
气体分子的平均动能
气体分子的密集程度
1.进入7月份，全国有多地的温度较常年有明显提升，有个别城市的温度超过40℃。若一个汽车轮胎在太阳下暴晒，胎内封闭气体的质量和体积均不变，随着温度升高，下列说法正确的是( )
A.气体分子密度增大
B.气体分子速率均增大
C.气体分子速率峰值向速度小的方向移动
D.气体分子单位时间内撞击轮胎单位面积内壁的平均作用力增大
D
答案：D
解析：A.胎内封闭气体的质量和体积均不变，则气体分子密度不变，故A错误；BC.胎内封闭气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，气体分子速率峰值向速度大的方向移动，但不是每个气体分子速率均增大，故BC错误；D.在体积不变的情况下，温度越高，气体的压强越大，气体分子单位时间内撞击轮胎单位面积内壁的平均作用力越大，故D正确。故选D。
2.一定质量的氧气在不同温度下分子的速率分布规律如图所示，横坐标表示分子的速率，纵坐标表示某一速率的
分子数占总分子数的百分比，由图可知( )
A.①状态的温度比②状态的温度高
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大
D.速率分布曲线①、②与横轴围成图形的面积相等
D
答案：D
解析：A.温度升高时，大速率分子数占总分子数的百分比增大，小速率分子数占总分子数的百分比减少，可知，①状态的温度比②状态的温度低，故A错误；B.随着温度的升高，气体分子的平均速率增大，但具体到某一个分子，其分子速率的变化 情况不能够确定，故B错误；C.随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例减少，故C错误；D.由于横轴表示分子速率，纵轴表示单位速率区间内的分子数占总分子数的百分比，可知，图像与横轴所围图像的总面积均等于1，即速率分布曲线①、②与横轴围成图形的面积相等，故D正确。故选D。
3.用豆粒模拟气体分子，可以模拟气体压强产生的原理。如图所示，从距秤盘80 cm高度把1000粒的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1000粒的豆粒的总质量为100 g。则在碰撞过程中秤
盘受到的压力大小约为( )
A.0.2 N B.0.6 N
C.1.0 N D.1.6 N
B
答案：B
解析：豆粒下落到秤盘上的速度
反弹后速度大小为
设向上为正方向，在豆粒与秤盘碰撞极短时间内，由于碰撞力远大于豆粒受到的重力，则可忽略豆粒的重力，每个豆粒只与秤盘碰撞一次，可认为碰完后豆粒都离开了秤盘平台，根据动量定理得
得
由牛顿第三定律可知，在碰撞过程中秤盘受到的压力大小为0.6 N。
4.自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是( )
A.体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变
B.压强增大是因为氢气分子之间斥力增大
C.因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体
D.温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化
D
答案：D
解析：密闭容器中氢气在状态变化过程中质量不变、分子数目不变，故体积变大时分子密集程度减小，A错误。气体压强产生的原因是气体分子对器壁频繁碰撞，从微观角度来看其大小取决于单位时间内气体分子对单位面积的器壁产生的冲击力，一方面是单位时间内单位面积上碰撞的次数，另一方面是每次碰撞产生的平均冲击力大小即分子无规则运动的剧烈程度，与分子间是否存在相互作用力、作用力的大小无关，B错误。由理想气体的定义知C错误。温度升高时，分子无规则运动加剧，速率大的速率区间分子数占总分子数的百分比增大，导致分子平均速率增大，D正确。
5.（多选）根据分子动理论，气体分子运动的
剧烈程度与温度有关，氧气分子在0℃和100℃
温度下分子运动速率分布图像如图，
下列说法正确的是( )
A.温度升高时，速率大的分子数增多
B.不论温度有多高，速率很大和很小的分子总是多数分子
C.温度变化时，“中间多、两头少”的分子分布规律不会发生改变
D.温度升高时，每一个分子的速率都会增大
AC
答案：AC
解析：A.从图像可看出，温度升高时，速率大的分子数增多，故A正确；
B.根据分子运动的特点，不论温度有多高，速率很大和很小的分子总是少数分子，故B错误；
C.温度变化时，“中间多、两头少”的分子分布规律不会发生改变，故C正确；
D.温度升高时，分子的平均速率会增大，但不能保证所有分子的速率都增大，故D错误。
故选AC。
谢谢观看