1.2 气体分子运动与压强 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-3）

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1、第第 2 节节 气体分子运动与压强气体分子运动与压强 目标定位 1.认识统计规律的特点.2.知道气体分子速率分布规律.3.掌握压强产 生原因及决定因素. 一、偶然中的必然统计规律 统计规律：对于大量事件中的某一事件的出现纯粹是偶然的，不确定的，但大量 的偶然事件却会表现出一定的规律.这种大量偶然事件表现出来的整体规律，叫 做统计规律. 二、气体分子速率分布规律 在一定温度下， 气体的多数分子的速率分布表现出中间多、 两头少的分布规律， 当温度升高时，上述分布规律不变，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. 三、气体的压强 1.产生：容器中的气体分子在做高速无规则运动时，每个分

2、子撞击器壁产生的力 是短暂的、不连续的，但容器壁受到大量分子频繁撞击，就会受到一定稳定的压 力，从而产生压强. 2.影响气体压强的因素是温度和单位体积的分子数，温度越高，单位体积的分子 数越多，气体的压强越大. 一、气体分子运动的统计规律 1.统计规律的理解 (1)个别事件的出现具有偶然因素，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律， 遵循一定的统计规律. (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无规则的，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. 2.气体分子运动特点的理解 (1)气体分子之间的距离很大，大

3、约是分子直径的 10 倍，因此除相互碰撞或者跟 器壁碰撞外，气体分子不受力而做匀速直线运动，因而气体会充满它能达到的整 个空间. (2)分子的运动永不停息，杂乱无章，在某一时刻，向着任何一个方向运动的分 子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目都相等. 3.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. 当温度升高时， “中间多”这一“高峰”向速率大的一方移动，分子的平均速率 增大，分子的热运动剧烈，因此说，温度是分子平均动能的标志(如图 1 所示). 图 1 【例 1】 (2019 济南高二检测)如图 2 所示是氧气在 0 和 100 两种不同

4、情况 下，各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系.由图可知 ( ) 图 2 A.100 的氧气，速率大的分子比例较多 B.具有最大比例的速率区间，0 时对应的速率大 C.温度越高，分子的平均速率越大 D.在 0 时，部分分子速率比较大，说明内部有温度较高的区域 答案 AC 解析 由题图知温度为 100 的氧气，速率大的分子所占比例较多，A 正确；具 有最大比例的速率区间， 100 时对应的速率大， B 错误； 根据气体分子动理论， 温度越高，分子的平均速率越大，C 正确；温度是宏观量，部分分子速率较大， 不能说明内部有温度较高的区域，D 错误. 借题发挥 气体分子的运动特点：

5、一是统计规律上看是大量分子表现出来的“中 间多，两头少”的速率分布规律，每个分子因频繁的碰撞，速度的大小和方向不 断的改变；二是从温度上看，温度升高使分子的平均速率变大，或说速率大的分 子占的比例增大， 速率小的分子占的比例减小， 而不是大部分分子的速率增大了， 少数分子的速率减小了. 【针对训练 1】 (2019 万州区高二检测)下图描绘一定质量的氧气分子分别在 0 和 100 两种情况下速率分布情况，符合统计规律的是( ) 答案 A 解析 温度越高，分子的平均速率越大，峰值向速率大的一方移动，A 正确，B 错误；由于分子总数目是一定的，所以图线与横轴包围的面积是 100%，故两个 图线与横

6、轴包围的面积应是相等的，C、D 错误. 二、气体压强的产生原因及决定因素 1.气体压强的产生原因 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 气体分子数密度(单位体积内气体分子数目) 单位体积内气体的分子数目越多， 单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数越多， 气体压强越大. 气体分子的平均速率：气体的温度高，气体分子的平均速率就大，每个气体分 子与器

7、壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的撞击力就大；从另一方面讲，分子的 平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，累计撞击力就大. (2)宏观因素 气体的体积：一定质量气体的体积越大，气体的分子数密度越小，气体的压强 越小. 气体的温度：气体的温度越高，气体分子的平均速率越大，气体的压强越大. 【例 2】 下面对气体压强的理解正确的是( ) A.气体压强是由于气体分子不断撞击器壁而产生的 B.气体压强取决于单位体积内的分子数和分子的平均速率 C.单位面积器壁受到大量气体分子的碰撞作用力大小等于气体对器壁的压强 D.大气压强是由地球表面空气重力产生的，因此将开口瓶密闭后，瓶内气体脱离 大

8、气，它自身重力太小，会使瓶内气体压强远小于外界大气压强 答案 ABC 解析 气体压强是由于气体分子不断撞击器壁而产生的，A 正确；从微观上看， 气体压强的大小取决于气体分子数密度和气体分子的平均速率，B 正确；由 p F S知，C 正确；虽然大气压强是由地球表面空气重力产生的，但是通过分子碰撞 实现， 将开口瓶密封后， 瓶内气体脱离大气， 瓶内气体压强仍等于外界大气压强， D 错误. 针对训练 2 对于一定量的气体，下列论述中正确的是( ) A.体积变大时，压强必变大 B.体积变大时，压强一定变小 C.温度升高时，压强一定变大 D.温度升高时，压强不一定变大 答案 D 解析 对于一定质量的气体

9、，从宏观上看，决定气体压强大小的因素有两个，一 个是气体的体积.另一个是气体的温度.当气体的体积变大时，由于气体的温度如 何变化不能确定，故气体的压强如何变化不能确定.A、B 错误；同理，气体的温 度升高时， 由于气体的体积如何变化不能确定， 故气体的压强如何变化不能确定， C 错误，D 正确. 统计规律及气体分子的速率分布规律 1.伽尔顿板可以演示统计规律.如图 3 所示，让大量小球从上方漏斗形入口落下， 则能正确反映最终落在槽内小球的分布情况的是( ) 图 3 答案 C 解析 让大量小球从上方漏斗形入口落下，显示出规律性，按正态分布，落在槽 内小球的分布形状如 C 所示，故选项 C 正确.

10、 2.1859 年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律， 后来有许多实验 验证了这一规律.若以横坐标 v 表示分子速率， 纵坐标 f(v)表示各速率区间的分子 数占总分子数的百分比.如图所示的各幅图中能正确表示某一温度下气体分子速 率分布规律的是( ) 答案 D 解析 气体分子速率分布规律是中间多、两头少，且分子不停地做无规则运动， 没有速度为零的分子，故选项 D 正确. 气体压强的微观意义 3.对于封闭在大型气罐内的氧气对器壁的压强，下列说法正确的是( ) A.由于分子向上运动的数目多，因此上部器壁的压强大 B.气体分子向水平方向运动的数目少，则侧壁的压强小 C.由于氧气的重力会对

11、下部器壁产生一个向下的压力，因此下部器壁的压强大 D.气体分子向各个方向运动的可能性相同，撞击情况相同，器壁各处的压强相等 答案 D 解析 由于气体对器壁的压强是大量分子对器壁撞击的宏观表现， 而气体分子向 各个方向运动的概率相等，对器壁各处的撞击效果也相同.因此，器壁各处的压 强相等，由此可知，A、B、C 错误，D 正确. 4.一定质量的理想气体，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 压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有 关，温度升高，分子与器壁的撞击力增大，单位时间内碰撞到器壁单位面积的分 子数应减小，压强才可能保持不变.