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)律導(dǎo)學(xué)案

這是一份人教版 (2019)選擇性必修 第三冊(cè)3 分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律導(dǎo)學(xué)案，共11頁。
第3節(jié)分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律課標(biāo)解讀課標(biāo)要求素養(yǎng)要求1.了解什么是“統(tǒng)計(jì)規(guī)律”。2.了解氣體分子運(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.物理觀念：知道統(tǒng)計(jì)規(guī)律，氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)、分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像，氣體壓強(qiáng)的微觀解釋。2.科學(xué)思維：理解分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像的物理意義和氣體壓強(qiáng)的微觀解釋，會(huì)運(yùn)用其分析解決相關(guān)問題。3.科學(xué)探究：理解伽爾頓板探究大量偶然事件的統(tǒng)計(jì)規(guī)律和模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理實(shí)驗(yàn)。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過伽爾頓板和模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生探索科學(xué)的興趣。自主學(xué)習(xí)·必備知識(shí)教材研習(xí)教材原句要點(diǎn)一氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)由于氣體分子間距離比較大，分子間的作用力很弱①，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。分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章②，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。要點(diǎn)二氣體壓強(qiáng)的微觀解釋對(duì)于單個(gè)分子來說，這種撞擊是間斷的、不均勻的，但是對(duì)于大量分子總的作用來說，就表現(xiàn)為連續(xù)和均勻的了。器壁單位面積上受到的壓力，就是氣體的壓強(qiáng)③。自主思考①氣體分子間的作用力很小，若沒有分子力作用，氣體分子將處于怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？答案：提示無碰撞時(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)變得雜亂無章。②一定溫度下氣體分子做雜亂無章的運(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)的情況嗎？答案：提示不會(huì)，一定溫度下的氣體分子碰撞十分頻繁，單個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，速率不等，但大量分子的運(yùn)動(dòng)遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目幾乎相等。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)生的嗎？答案：提示不是，氣體的壓強(qiáng)是大量做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的分子對(duì)器壁頻繁持續(xù)地撞擊產(chǎn)生的，不是分子間的相互作用力。名師點(diǎn)睛1.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)（1）氣體分子間的距離較大，使得分子間的相互作用力十分微弱，可認(rèn)為分子間除碰撞外不存在相互作用力，分子在兩次碰撞之間做勻速直線運(yùn)動(dòng)。（2）分子間的碰撞十分頻繁，使每個(gè)分子的速度大小和方向頻繁地發(fā)生改變，造成氣體分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章。（3）大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的規(guī)律。當(dāng)溫度升高時(shí)，“中間多”的這一“高峰”向速率大的一方移動(dòng)。2.氣體壓強(qiáng)的微觀意義（1）產(chǎn)生原因：大量氣體分子對(duì)器壁的碰撞。（2）決定因素：微觀上決定于分子的平均速率和分子的數(shù)密度；宏觀上決定于氣體的溫度和體積。互動(dòng)探究·關(guān)鍵能力探究點(diǎn)一氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)情境探究1.為了探究大量隨機(jī)事件的規(guī)律，一個(gè)班級(jí)所有同學(xué)進(jìn)行投擲硬幣游戲。每人把4枚硬幣投擲若干次并記錄正面朝上的枚數(shù)。根據(jù)全班的數(shù)據(jù)，分析2枚硬幣正面朝上的次數(shù)、1枚和3枚硬幣正面朝上的次數(shù)、全部朝上或全部朝下的次數(shù)，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律嗎？答案：提示隨著投擲次數(shù)的增多，2枚硬幣正面朝上的次數(shù)比例最多，1枚和3枚硬幣正面朝上的比例略少，全部朝上或全部朝下的次數(shù)最少。說明大量隨機(jī)事件的整體會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。2.1859年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，后來有許多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一規(guī)律。該規(guī)律可以用圖像表示，橫坐標(biāo)表示分子速率，縱坐標(biāo)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。從圖像中可以看出什么分布規(guī)律？答案：提示氣體分子運(yùn)動(dòng)速率分布規(guī)律：“中間多、兩頭少”。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？答案：提示分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng),其速率有大有小。溫度升高時(shí),分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率增大,不一定每一個(gè)分子的速率都增大。探究歸納1.氣體分子運(yùn)動(dòng)的三個(gè)性質(zhì)自由性氣體分子間距離比較大，分子間的作用力很弱，除相互碰撞或者跟器壁碰撞外，可以認(rèn)為分子不受力而做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因而氣體會(huì)充滿它能到達(dá)的整個(gè)空間無序性分子之間頻繁地發(fā)生碰撞，使每個(gè)分子的速度大小和方向頻繁地改變，分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，在某一時(shí)刻，向著任何一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子都有，而且向著各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目幾乎相等規(guī)律性氣體分子的速率分布呈現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律。當(dāng)溫度升高時(shí)，速率大的分子數(shù)增多，速率小的分子數(shù)減少，分子的平均速率增大。反之，分子的平均速率減小。2.分子運(yùn)動(dòng)速率分布圖像（1）圖像如圖所示。（2）規(guī)律：在一定溫度下，不管個(gè)別分子怎樣運(yùn)動(dòng)，多數(shù)氣體分子的速率都在某個(gè)數(shù)值附近，表現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律。當(dāng)溫度升高時(shí)，“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律不變，氣體分子的平均速率增大，分布曲線的峰值向速率大的一方移動(dòng)。探究應(yīng)用例（多選）根據(jù)分子動(dòng)理論，氣體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度與溫度有關(guān)，下列表格中的數(shù)據(jù)是研究氧氣分子速率分布規(guī)律而列出的。按速率大小劃分的區(qū)間各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比以下以上依據(jù)表格內(nèi)容，以下四位同學(xué)所總結(jié)的規(guī)律正確的是(      )A. 無論溫度多高，速率很大和很小的分子總是少數(shù)B. 溫度變化，“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律要改變C. 某一溫度下，分子速率都在某一數(shù)值附近，離這個(gè)數(shù)值越遠(yuǎn)，分子越少D. 溫度增加時(shí)，速率小的分子數(shù)減少了答案：A; C; D解析：溫度變化，“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律是不會(huì)改變的，項(xiàng)錯(cuò)誤；由氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)和統(tǒng)計(jì)規(guī)律可知，、、三項(xiàng)正確。解題感悟氣體分子速率分布規(guī)律（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）溫度越高，速率大的分子所占比例越大。（3）溫度升高，氣體分子的平均速率變大，但具體到某一個(gè)氣體分子，速率可能變大也可能變小，無法確定。遷移應(yīng)用1.關(guān)于氣體分子的運(yùn)動(dòng)情況，下列說法中正確的是(      )A. 某一時(shí)刻具有某一速率的分子數(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規(guī)律答案：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、項(xiàng)錯(cuò)誤；由于分子之間不斷的碰撞，分子隨時(shí)都會(huì)改變自己的運(yùn)動(dòng)情況，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，故項(xiàng)正確；某一溫度下，每個(gè)分子的速率是隨時(shí)變化的，只是分子運(yùn)動(dòng)的平均速率不變，故項(xiàng)錯(cuò)誤。2.某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖所示，圖中表示各速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比，所對(duì)應(yīng)的溫度分別為、、，則(      )A. B. C. ，D. 答案：解析：由圖像可以看出，大量分子的平均速率，因?yàn)槭峭N氣體，。探究點(diǎn)二氣體壓強(qiáng)的微觀解釋情境探究1.兩個(gè)完全相同的圓柱形密閉容器內(nèi)氣體溫度相同，如圖所示，甲內(nèi)有的氣體，乙內(nèi)有的氣體，試判斷兩個(gè)容器壁所受壓強(qiáng)的大小關(guān)系。答案：提示由于的摩爾質(zhì)量小于的摩爾質(zhì)量，質(zhì)量相同的比的分子數(shù)多，溫度相同，分子的平均速率相同，由于氣體的壓強(qiáng)由分子的平均速率與單位體積內(nèi)的分子數(shù)決定，可見甲容器中器壁所受壓強(qiáng)大。2.借助鉛筆，把氣球塞進(jìn)一只瓶子里，并拉大氣球的吹氣口，反扣在瓶口上，如圖所示，然后給氣球吹氣，想把氣球吹大，非常困難，為什么？答案：提示由題意“吹氣口反扣在瓶口上”可知瓶?jī)?nèi)封閉著一定質(zhì)量的空氣。當(dāng)氣球稍吹大時(shí)，瓶?jī)?nèi)空氣的體積縮小，空氣分子的數(shù)密度變大，壓強(qiáng)變大，阻礙了氣球的膨脹，因而想把氣球吹大是很困難的。探究歸納1.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生大量氣體分子不斷和器壁碰撞，對(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)的壓力，單位時(shí)間內(nèi)，作用在器壁單位面積上的壓力就是氣體的壓強(qiáng)。2.氣體壓強(qiáng)的決定因素（1）微觀因素 ①氣體分子的數(shù)密度：氣體分子數(shù)密度（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)，單位面積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)：其他條件不變，溫度越高，氣體的壓強(qiáng)越大。②與體積有關(guān)：其他條件不變，體積越小，氣體的壓強(qiáng)越大。3.氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的區(qū)別與聯(lián)系名稱氣體壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)區(qū)別①因密閉容器內(nèi)的氣體分子的數(shù)密度一般很小，由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小，可忽略不計(jì)，故氣體壓強(qiáng)由氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生；②大小由氣體分子的數(shù)密度和溫度決定，與地球的引力無關(guān)；③氣體對(duì)每一側(cè)器壁的壓強(qiáng)大小都是相等的①由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)，如果沒有地球引力作用，地球表面就沒有大氣，從而也不會(huì)有大氣壓強(qiáng)；②地面大氣壓強(qiáng)的值與地球表面積的乘積，近似等于地球大氣層所受的重力值聯(lián)系兩種壓強(qiáng)最終都是通過氣體分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物體而產(chǎn)生的探究應(yīng)用例（多選）（2021福建永安第三中學(xué)高三月考）下面對(duì)氣體壓強(qiáng)的理解，正確的是(      )A. 在完全失重的情況下，密閉容器內(nèi)的氣體對(duì)器壁沒有壓強(qiáng)B. 氣體壓強(qiáng)取決于單位體積內(nèi)的分子數(shù)和氣體的溫度C. 單位面積器壁受到大量氣體分子碰撞的作用力就是氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)D. 氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子間的斥力產(chǎn)生的答案：B; C解析：氣體產(chǎn)生壓強(qiáng)的原因是由于大量分子都在不停地做無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)，與器壁頻繁碰撞，使器壁受到一個(gè)均勻、持續(xù)的沖力，致使氣體對(duì)器壁產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)。在完全失重時(shí)，不影響分子的熱運(yùn)動(dòng)，不影響大量分子對(duì)器壁的撞擊，項(xiàng)錯(cuò)誤；氣體壓強(qiáng)取決于分子的數(shù)密度與分子的平均速率，即單位體積內(nèi)分子數(shù)和氣體的溫度，項(xiàng)正確；單位面積器壁受到的大量氣體分子的碰撞的作用力就是氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)，項(xiàng)正確，項(xiàng)錯(cuò)誤。解題感悟氣體壓強(qiáng)的分析方法（1）明確氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因——大量做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的分子對(duì)器壁頻繁、持續(xù)地碰撞。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分子的數(shù)密度與平均速率。（3）只有知道了兩個(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。遷移應(yīng)用1.（多選）在某一容積不變的容器中封閉著一定質(zhì)量的氣體，對(duì)此氣體的壓強(qiáng)，下列說法中正確的是(      )A. 氣體壓強(qiáng)是由重力引起的，容器底部所受的壓力等于容器內(nèi)氣體所受的重力B. 氣體壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁的不斷碰撞引起的C. 容器以的加速度向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變D. 由于分子的運(yùn)動(dòng)無規(guī)則，所以容器內(nèi)壁各處所受的氣體壓強(qiáng)相等答案： ;   ;  解析：氣體壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁的不斷碰撞引起的，它由氣體的溫度和單位體積內(nèi)的分子數(shù)決定，與容器的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)無關(guān)。2.（多選）如圖所示，封閉在汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體，如果保持體積不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，以下說法正確的是(      )A. 氣體的密度增大B. 氣體的壓強(qiáng)增大C. 氣體分子的平均速率減小D. 每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多答案： ; 解析：由于質(zhì)量不變，體積不變，則分子的數(shù)密度不變，而溫度升高，分子的平均速率增大，所以單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)單位面積器壁碰撞次數(shù)增多，壓強(qiáng)增大。