1.2 气体分子运动与压强 教案 (2)

第2节
气体分子运动与压强
●课标要求
知识与技能
1.了解分子运动速率的统计分布规律．2.从微观角度了解气体压强产生的原因，并能用分子动理论和统计观点解释气体压强．
过程与方法
通过活动、调查、了解统计规律，体会如何从看似毫无规律的事件中寻找出规律．
情感、态度与价值观
通过对统计规律的了解，体会微观世界与宏观世界在某些规律上也有相似性，增强对科学的好奇心与未知欲.
●课标解读
1．知道大量偶然事件的统计规律．
2．了解分子运动的特点以及分子运动速率的统计分布规律．
3．理解气体压强的产生原因，知道气体压强、体积、温度的关系；能用分子动理论的观点，来解释有关现象以及与实际生产和生活相关的问题．
●教学地位
本节内容是分子动理论基本观点的深化，气体压强的产生原因及影响因素的分析能很好的巩固上节知识，同时也为学习气体奠定基础．其中气体分子速率分布规律是微观世界的规律，有重要意义．
(教师用书独具)
●新课导入建议
教师组织学生完成“抛硬币实验”，记录出现正、反面的次数，然后在全班进行交流和评价，让学生亲身经历“统计规律”的发现过程．
●教学流程设计
步骤3：师生互动完成“探究1”互动方式 除例1外可再变换命题角度，补充一个例题以拓展学生思路



课　标　解　读
重　点　难　点
1.初步了解什么是“统计规律”．2.理解气体分子运动的特点，知道气体分子速率分布规律．3.理解气体压强产生的微观意义，知道影响压强的微观因素.
1.气体分子运动的特点．(重点)
2.气体分子速率分布规律．(重点)3.气体压强的产生与微观解释．(难点)4.掌握气体压强的决定因素．(难点)
偶然中的必然——统计规律
1.基本知识
(1)气体分子运动的特点
气体分子都在永不停息地做无规则运动，每个分子的运动状态瞬息万变，每一时刻的运动情况完全是偶然的、不确定的．
(2)现象
某一事件的出现纯粹是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律．
(3)定义
大量偶然事件表现出来的整体规律．
(4)气体分子速率分布规律
①图象
图1－2－1
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，气体分子的速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动．
2．思考判断
(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．(×)
3．探究交流
气体分子运动的统计规律有几个特点？
【提示】　(1)气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等．
(2)大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少(速率大或小的分子数目少)的规律.
气体的压强
1.基本知识
(1)产生原因
大量气体分子频繁撞击器壁，对器壁产生一个稳定的压力，从而产生压强．
(2)压强特点
气体内部压强处处相等．
(3)决定因素
①气体的温度．②单位体积内的分子数．
2．思考判断
(1)气球内气体压强是由于气体重力作用产生的．(×)
(2)影响气体压强的因素有温度、体积．(√)
(3)当温度升高时，气体压强一定变大．(×)
3．探究交流
图1－2－2
用小滚珠作空气分子模型，把装有滚珠的杯子拿到秤盘上方某处，把1粒滚珠倒在秤盘上，秤的指针会摆动一下．再在相同的高处把100粒或更多的滚珠快速倒在秤盘上，秤的指针会在一个位置附近摆动，如图1－2－2，如果使这些滚珠从更高的位置倒在秤盘上，可以观察到秤的指针所指示的压力更大．想一想，为什么？
【提示】　秤盘除支持滚珠的重力外，还要支持滚珠碰撞时的“冲力”.
对气体分子运动的理解
【问题导思】　
1．气体分子的微观结构模型是怎样的？
2．麦克斯韦气体分子速率分布规律是什么？
1．气体的微观结构特点
(1)气体分子间的距离较大，大于10r0(10－9m)，气体分子可看成无大小的质点．
(2)气体分子间的分子力很微弱，通常认为气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外，不受其他力的作用．
2．气体分子运动的特点
(1)气体分子可以在空间自由移动而充满它所能到达的任何空间．
(2)气体分子间频繁发生碰撞
一个空气分子在1
s内与其他分子的碰撞达6.5亿次之多，分子的频繁碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变，造成气体分子杂乱无章地做无规则运动．
(3)某时刻，气体分子沿各个方向运动的概率相同．某时刻，沿任何方向运动的分子都有，且沿各个方向运动的分子数目是相等的．
麦克斯韦气体分子速率分布规律：
从大量实例中可以看出，在一定温度下，中等速率的分子所占的比例最大．理论和大量实验表明，在一定温度下，不管个别分子怎样运动，气体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，“中间多、两头少”的分布规律不变，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．
　
温度升高时，并不是所有分子的速率都增大，而是分子的平均速率增大，具体到某一个分子具有不确定性．
　(2013·龙岩检测)气体分子永不停息地做无规则运动，同一时刻都有向不同方向运动的分子，速率也有大有小．下表是氧气分别在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，由表能得出结论(　　)
按速率大小划分的区间(m/s)
各速率区间的分子数占总分子数的百分比(%)
0
℃
100
℃
100以下
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
4.6
900以上
0.9
3.9
A.气体分子的速率大小基本上是均匀分布的，每个速率区间的分子数大致相同
B．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
C．随着温度升高，气体分子的平均速率不变
D．气体分子的平均速率基本上不随温度的变化而变化
【审题指导】　(1)统计规律是建立在大量观测数据基础之上的．
(2)统计规律只能在有大量事件的情况下才显示出来．
【解析】　根据表格数据，逐项分析如下：
选项
分析
结论
A
两种温度下，速率低于200
m/s和高于700
m/s的分子数比例明显较小
×
B
分子速率在200
m/s～700
m/s之间的分子数比例较大
√
C
比较0
℃和100
℃两种温度下，分子速率较大的区间，100
℃的分子数所占比例较大，而分子速率较小的区间，0
℃的分子数所占比例较大．气体分子的平均速率随温度升高而增大
×
D
比较0
℃和100
℃两种温度下，可看到气体分子的平均速率随温度的变化而变化
×
【答案】　B
气体分子速率分布规律
表中只是给出了氧气在0
℃和100
℃两个温度下的速率分布情况，通过分析比较可得出：
1．在一定温度下，气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布．
2．温度越高，速率大的分子比例较多．这个规律对任何气体都是适用的．
1．(2011·上海高考)某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图1－2－3所示，图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则(　　)
图1－2－3
A．TⅠ>TⅡ>TⅢ　　　　　　B．TⅢ>TⅡ>TⅠ
C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ
D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ
【解析】　一定质量的气体，温度升高时，速率增大的分子数目增加，曲线的峰值向速率增大的方向移动，且峰值变小，由此可知正确选项为B.
【答案】　B
气体压强的产生及其决定因素
【问题导思】　
1．气体压强是如何产生的？
2．气体压强大小由哪些因素决定？
1．产生原因
大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强．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气体分子的密度：气体分子密度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，气体压强就大．
②气体分子的平均速率：气体的温度高，整体上分子运动更加剧烈，气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数多，累计冲力就大，气体压强就大．
(2)宏观因素
①气体的体积：一定质量气体的体积越大，气体的分子密度越小，气体的压强越小．
②气体的温度：气体的温度越高，气体的分子平均动能越大(平均动能下节课学习)，气体的压强越大．
　
因密闭容器中气体的密度一般很小，由于自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由大量气体分子碰撞器壁产生，与地球引力无关，且气体压强处处相等．
　(2013·泰安检测)对一定量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则(　　)
A．当体积减小时，N必定增加
B．当温度升高时，N必定增加
C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化
D．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变
【审题指导】　―→
【解析】　单位时间内与器壁单位面积相碰的分子数N既与分子密度有关，还与分子的平均速率有关．当气体体积减小时，分子密度增加，但若温度降低，分子平均速率变小，N也不一定增加，A错；当温度升高时，分子的平均速率增大，但若体积增大，分子密度减小，N也不一定增加，B错；当气体压强不变，则器壁单位面积受到的压力不变，由于温度变化，平均每个分子对器壁的冲力变化，N只有变化才能保持压强不变，故C正确，D错误．
【答案】　C
气体压强决定因素
气体的压强是气体分子对器壁频繁碰撞产生的
1．从微观的角度看，气体的压强大小是由气体分子的平均动能和其密集程度共同决定的．
2．从宏观看，一定质量的气体的压强是由气体的温度和体积共同决定的．与液体、固体的压强不同，气体压强与重力无关．
2．封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是(　　)
A．气体的密度增大
B．气体的压强增大
C．气体分子的平均速率减小
D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数不变
【解析】　气体的体积不变，对一定质量的气体，单位体积内的分子数不变，当温度升高时，分子的平均速率增大，每秒内撞击单位面积器壁的分子数增加，撞击力增大，压强必增大，所以B项正确，A、C、D均不正确．
【答案】　B
综合解题方略——气体压强与
　　
大气压强的区别
　在某一容器中封闭着一定质量的气体，对此气体的压强，下列说法中正确的是(　　)
A．气体压强是由重力引起的，容器底部所受的压力等于容器内气体所受的重力
B．气体压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞引起的
C．容器以9.8
m/s2的加速度向下运动时，容器内气体压强为零
D．由于分子运动无规则，所以容器内壁各处所受的气体压强不一定相等
【审题指导】　(1)明确气体压强与大气压强的产生原因．
(2)当容器失重时，内部气体分子的运动如何．
【规范解答】　气体压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞引起的，它由气体的温度和单位体积内的分子数决定，故A、C、D错误，B正确．
【答案】　B
气体压强与大气压强的产生原因对比
1．密闭容器中的气体密度一般很小，由气体自身重力产生的压强可忽略不计，密闭气体的压强是由于气体分子频繁地撞击器壁产生的，大小是由温度和体积决定的，与地球引力无关，所以说，密闭气体对上下、左右、前后器壁的压强大小都相等，不随高度而变化，测量气体压强用压强计．
2．大气压强是由于包围着地球的空气受到重力作用，而对浸在其中的物体产生的压强，其数值随高度的增加而减小．大气压强最终还是通过分子碰撞实现对浸入其中的物体产生的压强，大气压强的测量用气压计．
【备课资源】(教师用书独具)
大气压与天气预报
大气压与天气预报有什么关系呢？地球表面上的风、云、雨、雪，万千气象，都跟大气运动有关系，而造成大气运动的动力就是大气压分布的不平衡和气压分布的经常变化．由于地球表面各处在太阳照射下受热情况不同，各地的空气温度就有较大差别．温度高的地方，空气膨胀上升，空气变得稀薄，气压就低；温度低的地方，空气收缩下沉，密度增大，气压就高．另外，大气流动也是造成气压不平衡和经常变化的重要因素．这样在地理情况千差万别的地球表面上空，就形成了各种各样的气压分布类型，多种气压类型的组合就构成了一定的天气形势，从而决定着未来的风云变幻．
气象工作者为何能根据各种气压类型来预报天气呢？这是因为事物间总是相互联系、互为因果的，而一定的气压类型往往导致一定的天气现象出现．例如，在高气压控制的区域，由于低处的空气不断从高压中心向外流散，上层空气就要下沉填补．空气在下沉过程中体积压缩(因大气压随高度的减小而增大)，温度升高，原来空气中的细小水珠就会蒸发、消散，不利于云、雨的形成．因此，高气压中心附近地区常常是天气晴朗．而在低气压控制的区域，低层空气是从周围流向低压中心，使低层空气堆积上升．空气在上升过程中体积膨胀，温度降低，空气中的水蒸气凝结，易形成云雨，所以低气压中心附近往往是阴雨连绵.