高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)3 分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律優(yōu)秀ppt課件

這是一份高中物理人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)3 分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律優(yōu)秀ppt課件，共32頁(yè)。PPT課件主要包含了學(xué)習(xí)目標(biāo)，思維導(dǎo)圖，必備知識(shí)，自我檢測(cè)，探究一，探究二，隨堂檢測(cè)等內(nèi)容，歡迎下載使用。
1.了解什么是“統(tǒng)計(jì)規(guī)律”。2.理解氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)及氣體分子運(yùn)動(dòng)速率分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。3.能用氣體分子動(dòng)理論解釋氣體壓強(qiáng)的微觀意義;知道氣體的壓強(qiáng)與所對(duì)應(yīng)的微觀物理量間的聯(lián)系。
1.統(tǒng)計(jì)規(guī)律(1)必然事件:在一定條件下必然出現(xiàn)的事件。(2)不可能事件:在一定條件下不可能出現(xiàn)的事件。(3)隨機(jī)事件:在一定條件下可能出現(xiàn),也可能不出現(xiàn)的事件。(4)統(tǒng)計(jì)規(guī)律:大量隨機(jī)事件的整體表現(xiàn)出來(lái)的規(guī)律。2.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)氣體分子之間的距離很大,大約是分子直徑的10倍。通常認(rèn)為,氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力而做勻速直線運(yùn)動(dòng),氣體充滿它能達(dá)到的整個(gè)空間。(2)分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章,在某一時(shí)刻,向著任何一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子都有,而且向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目幾乎相等。(3)每個(gè)氣體分子都在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)。(4)大量氣體分子的速率分布呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律。
3.氣體壓強(qiáng)的微觀解釋(1)大小:等于氣體作用在器壁單位面積上的壓力。(2)產(chǎn)生原因:大量氣體分子對(duì)器壁的碰撞引起的。(3)決定因素:微觀上決定于分子的平均速率和分子的密集程度。
1.正誤判斷(1)氣體內(nèi)部所有分子的速率都隨溫度的升高而增大。(　　)(2)溫度相同時(shí),氣體分子的速度都相同。(　　)(3)密閉容器中氣體的壓強(qiáng)是由于分子間的相互作用力而產(chǎn)生的。(　　)(4)氣體分子的平均速率越大,分子越密集,氣體壓強(qiáng)越大。(　　)(5)溫度越高,氣體的壓強(qiáng)越大。(　　)(6)氣體壓強(qiáng)由氣體的體積和氣體的密度決定。(　　)答案(1)×　(2)×　(3)×　(4)√　(5)×　(6)×
2.下列說(shuō)法正確的是(　　)A.氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力B.氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)就是大量氣體分子單位時(shí)間作用在器壁上的平均作用力C.氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率減小,氣體的壓強(qiáng)一定減小D.單位體積的氣體分子數(shù)增加,氣體的壓強(qiáng)一定增大解析氣體壓強(qiáng)為氣體分子對(duì)器壁單位面積的撞擊力,故A正確,B錯(cuò)誤;氣體壓強(qiáng)的大小與氣體分子的平均速率和氣體分子密集程度有關(guān),故C、D錯(cuò)誤。答案A
3.(多選)對(duì)于氣體分子的運(yùn)動(dòng),下列說(shuō)法正確的是(　　)A.一定溫度下氣體的分子的碰撞雖然十分頻繁,但同一時(shí)刻,每個(gè)分子的速率都相等B.一定溫度下氣體的分子速率一般不相等,但速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對(duì)較少C.一定溫度下氣體的分子做雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng),可能會(huì)出現(xiàn)某一時(shí)刻所有分子都朝同一方向運(yùn)動(dòng)的情況D.當(dāng)溫度升高時(shí),氣體中某10個(gè)分子的平均速率可能減小
解析一定溫度下的氣體分子碰撞十分頻繁,單個(gè)分子運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章,速率不等,但大量分子的運(yùn)動(dòng)遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律,速率大和速率小的分子數(shù)目相對(duì)較少,向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目相等,A、C錯(cuò),B對(duì);溫度升高時(shí),大量分子平均速率增大,但個(gè)別或少量(如10個(gè))分子的平均速率有可能減小,D對(duì)。答案BD
氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和速率分布圖像情境探究(1)把4枚硬幣投擲10次并記錄正面朝上的個(gè)數(shù)。比較個(gè)人、小組、大組、全班的數(shù)據(jù),你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律嗎?(2)氣體分子間的作用力很小,若沒(méi)有分子力作用,氣體分子將處于怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?(3)溫度不變時(shí),每個(gè)分子的速率都相同嗎?溫度升高,所有分子運(yùn)動(dòng)速率都增大嗎?
(2)無(wú)碰撞時(shí)氣體分子將做勻速直線運(yùn)動(dòng),但氣體分子之間的頻繁碰撞使得氣體分子的速度大小和方向頻繁改變,運(yùn)動(dòng)變得雜亂無(wú)章。(3)分子在做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),造成其速率有大有小。溫度升高時(shí),所有分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率增大,即大部分分子的速率增大了,但也有少數(shù)分子的速率減小。
知識(shí)歸納1.對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的理解(1)個(gè)別事件的發(fā)生具有偶然因素,但大量事件發(fā)生的概率卻往往遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律。(2)從微觀角度看,由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的,這些分子并沒(méi)有統(tǒng)一的運(yùn)動(dòng)步調(diào),單獨(dú)來(lái)看,各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)都是不規(guī)則的,帶有偶然性,但從總體來(lái)看,大量分子的運(yùn)動(dòng)卻有一定的規(guī)律。2.氣體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)氣體分子間的距離較大,氣體分子可看成質(zhì)點(diǎn)。(2)氣體分子間的分子力很微弱,通常認(rèn)為氣體分子除了相互碰撞或與器壁碰撞外,不受其他力的作用。
3.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下1 cm3氣體中的分子數(shù)比地球上的人口總數(shù)還要多上許多許多倍。大量氣體分子做無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng),因此,分子之間頻繁地碰撞、每個(gè)分子的速度大小和方向頻繁地改變。(2)正是“頻繁碰撞”,造成氣體分子不斷地改變運(yùn)動(dòng)方向,使得每個(gè)氣體分子可自由運(yùn)動(dòng)的行程極短(理論研究指出通常情況下氣體分子自由運(yùn)動(dòng)行程的數(shù)量級(jí)僅為10-8 m),整體上呈現(xiàn)為雜亂無(wú)章的運(yùn)動(dòng)。(3)分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無(wú)章,在某一時(shí)刻,向著任何一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子都有,而且向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目都相等。即氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)(概率)相等。(4)每個(gè)氣體分子都在做永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),常溫下大多數(shù)氣體分子的速率都達(dá)到數(shù)百米每秒。
4.分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像(1)溫度越高,分子的熱運(yùn)動(dòng)越激烈。(2)氣體分子速率呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布。當(dāng)溫度升高時(shí),對(duì)某一分子在某一時(shí)刻它的速率不一定增加,但大量分子的平均速率一定增加,而且“中間多”的分子速率值增加(如圖所示)。
實(shí)例引導(dǎo)例1 (多選)如圖所示是氧氣分子在不同溫度下的速率分布規(guī)律圖,橫坐標(biāo)表示分子速率v,縱坐標(biāo)表示速率v對(duì)應(yīng)的分子數(shù)百分率,圖線1、2對(duì)應(yīng)的溫度分別為t1、t2,由圖可知(　　)
A.溫度t1低于溫度t2B.圖線中的峰值對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)數(shù)值為氧氣分子平均速率C.溫度升高,每一個(gè)氧氣分子的速率都增大D.溫度升高,氧氣分子中速率小于400 m/s的分子所占的比例減小
解析溫度越高,分子熱運(yùn)動(dòng)越激烈,運(yùn)動(dòng)激烈是指速率大的分子所占的比例大,根據(jù)題圖,圖線2中速率大的分子所占比例大,對(duì)應(yīng)溫度高,圖線1中速率大的分子所占比例小,對(duì)應(yīng)溫度低,故A正確。圖線中的峰值對(duì)應(yīng)的是該速率對(duì)應(yīng)的分子數(shù)百分率的最大值,不表示分子的平均速率,故B錯(cuò)誤。溫度的影響是大量分子運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)個(gè)別的分子沒(méi)有意義,所以溫度升高,不是每一個(gè)氧氣分子的速率都增大,故C錯(cuò)誤。溫度升高,氧氣分子中速率小于400 m/s的分子所占的比例減小,故D正確。答案AD誤區(qū)警示(1)在一定溫度下,所有氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布。(2)并不是所有分子的速率都隨溫度升高而增大。
變式訓(xùn)練1如圖是氧氣分子在不同溫度(0 ℃和100 ℃)下的速率分布圖,由圖可得(　　)A.同一溫度下,氧氣分子的速率呈現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律
B.隨著溫度的升高,每一個(gè)氧氣分子的速率都增大C.隨著溫度的升高,氧氣分子中速率小的分子所占的比例增大D.隨著溫度的升高,氧氣分子的平均速率變小
解析溫度升高后,并不是每一個(gè)氧氣分子的速率都增大,而是氧氣分子的平均速率變大,并且速率小的分子所占的比例減小,故B、C、D錯(cuò)誤;同一溫度下,氧氣分子的速率呈現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律,A正確。答案A
氣體壓強(qiáng)的微觀解釋情境探究中央電視臺(tái)在《科技之光》欄目中曾播放過(guò)這樣一個(gè)節(jié)目,把液氮倒入飲料瓶中,馬上蓋上蓋子并擰緊,人立即離開現(xiàn)場(chǎng)。一會(huì)兒飲料瓶就爆炸了。你能解釋一下原因嗎?要點(diǎn)提示飲料瓶?jī)?nèi)液氮吸熱后變成氮?dú)?分子運(yùn)動(dòng)加劇,使瓶?jī)?nèi)氣體分子頻繁、持續(xù)碰撞瓶?jī)?nèi)壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)增大,當(dāng)瓶?jī)?nèi)外的壓強(qiáng)差大于瓶子所能承受的限度時(shí),飲料瓶發(fā)生爆炸。
知識(shí)歸納1.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生:單個(gè)分子碰撞器壁的沖力是短暫的,但是大量分子頻繁地碰撞器壁,就會(huì)對(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力。所以從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來(lái)看,氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。選擇一個(gè)與器壁發(fā)生正碰(可視為彈性碰撞)的氣體分子為研究對(duì)象,由于是彈性碰撞,所以氣體分子與器壁碰撞前后的動(dòng)量大小為mv,方向相反,氣體分子受到的沖量為FΔt=-mv-mv=-2mv,氣體分子受到的作用力為 ,根據(jù)牛頓第三定律,器壁受到的作用力為 ,同理,我們也可以求出氣體分子與器壁發(fā)生斜碰時(shí)分子給器壁的作用力。氣體對(duì)容器的壓強(qiáng)是大量氣體分子不斷撞擊器壁的結(jié)果。
2.決定氣體壓強(qiáng)大小的因素(1)微觀因素①氣體分子的密集程度:氣體分子密集程度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)越大,在單位時(shí)間內(nèi),與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就越多,氣體壓強(qiáng)就越大。②氣體分子的平均速率:氣體的溫度越高,氣體分子的平均速率就越大,每個(gè)氣體分子與器壁碰撞時(shí)(可視為彈性碰撞)給器壁的沖力就越大;從另一方面講,分子的平均速率越大,在單位時(shí)間內(nèi)器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就越多,累計(jì)沖力就越大,氣體壓強(qiáng)就越大。(2)宏觀因素①與溫度有關(guān):溫度越高,氣體的壓強(qiáng)越大。②與體積有關(guān):體積越小,氣體的壓強(qiáng)越大。
實(shí)例引導(dǎo)例2 (2020山東一模)下面的表格是某年某地區(qū)1~6月份的氣溫與氣壓對(duì)照表:
根據(jù)表數(shù)據(jù)可知,該年該地區(qū)從1月份到6月份(　　)A.空氣分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度呈減小的趨勢(shì)B.6月的任何一個(gè)空氣分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率一定比它在1月時(shí)速率大C.單位時(shí)間對(duì)單位面積的地面撞擊的空氣分子數(shù)呈減少的趨勢(shì)D.單位時(shí)間內(nèi)地面上單位面積所受氣體分子碰撞的總沖量呈增加的趨勢(shì)
解析溫度越高,分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)越劇烈,從1月到6月,溫度逐漸升高,空氣分子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度呈增大的趨勢(shì),故A錯(cuò)誤。6月溫度最高,分子平均速率最大,但分子平均速率是對(duì)大量分子的一種統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)于具體的某一個(gè)分子并不適應(yīng),所以不能說(shuō)明6月的任何一個(gè)空氣分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速率一定比它在1月時(shí)速率大,故B錯(cuò)誤。根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀意義,氣體壓強(qiáng)和氣體分子單位時(shí)間對(duì)單位面積地面撞擊次數(shù)、氣體分子的平均速率有關(guān),溫度升高,氣體分子的平均速率增大,而壓強(qiáng)減小,所以單位時(shí)間對(duì)單位面積的地面撞擊的空氣分子數(shù)呈減少的趨勢(shì),故C正確。根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀意義,氣體壓強(qiáng)等于單位時(shí)間內(nèi)地面上單位面積所受氣體分子碰撞的總沖量,大氣壓強(qiáng)呈減小的趨勢(shì),單位時(shí)間內(nèi)地面上單位面積所受氣體分子碰撞的總沖量也呈減小的趨勢(shì),故D錯(cuò)誤。答案C
規(guī)律方法 解釋氣體壓強(qiáng)微觀問(wèn)題的思路(1)明確氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因——大量做無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子對(duì)器壁頻繁持續(xù)的碰撞,壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力;(2)明確氣體壓強(qiáng)的決定因素——?dú)怏w分子的密集程度與平均速率;(3)只有知道了這兩個(gè)因素的變化,才能確定壓強(qiáng)的變化,任何單個(gè)因素的變化都不能決定壓強(qiáng)是否變化。
變式訓(xùn)練2(多選)x、y兩容器中裝有相同質(zhì)量的氦氣,已知x容器中氦氣的溫度高于y容器中氦氣的溫度,但壓強(qiáng)卻低于y容器中氦氣的壓強(qiáng)。由此可知(　　)A.x中氦氣分子的平均速率一定大于y中氦氣分子的平均速率B.x中每個(gè)氦氣分子的速率一定都大于y中每個(gè)氦氣分子的速率C.x中速率大的氦氣分子數(shù)一定多于y中速率大的氦氣分子數(shù)D.x中氦氣分子的熱運(yùn)動(dòng)一定比y中氦氣分子的熱運(yùn)動(dòng)激烈解析分子的平均速率取決于溫度,溫度越高,分子的平均速率越大,但對(duì)于任一個(gè)氦氣分子來(lái)說(shuō)并不一定成立,故A項(xiàng)正確,B項(xiàng)錯(cuò)誤;分子的速率遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律,即“中間多、兩頭少”,溫度較高時(shí)速率大的分子數(shù)一定多于溫度較低時(shí)速率大的分子數(shù),C項(xiàng)正確;溫度越高,分子的無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)越激烈,D項(xiàng)正確。答案ACD
1.麥克斯韋從理論上推導(dǎo)出了氣體分子速率的分布規(guī)律,后來(lái)有許多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一規(guī)律。若以橫坐標(biāo)v表示分子速率,縱坐標(biāo)f(v)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。下面四幅圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是(　　)
解析各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比不能為負(fù)值,A、B錯(cuò);氣體分子速率的分布規(guī)律呈現(xiàn)“中間多,兩頭少”的趨勢(shì),速率為0的分子幾乎不存在,故C錯(cuò)、D對(duì)。答案D
2.關(guān)于氣體分子的運(yùn)動(dòng)情況,下列說(shuō)法中正確的是(　　)A.某一時(shí)刻具有任意速率的分子數(shù)目是相等的B.某一時(shí)刻一個(gè)分子速度的大小和方向是偶然的C.某一溫度下,大多數(shù)氣體分子的速率不會(huì)發(fā)生變化D.分子的速率分布毫無(wú)規(guī)律解析具有某一速率的分子數(shù)目并不是相等的,呈“中間多、兩頭少”的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布,故A、D項(xiàng)錯(cuò)誤;由于分子之間頻繁地碰撞,分子隨時(shí)都會(huì)改變自己的運(yùn)動(dòng)狀況,因此在某一時(shí)刻,一個(gè)分子速度的大小和方向完全是偶然的,故B項(xiàng)正確;某一溫度下,每個(gè)分子的速率仍然是隨時(shí)可能變化的,故C項(xiàng)錯(cuò)誤。答案B
3.下面的表格是某地區(qū)1~7月份氣溫與氣壓的對(duì)照表: