高中物理第3节 气体分子速率分布的统计规律课文配套课件ppt

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第3节　气体分子速率分布的统计规律[核心素养·明目标]核心素养学习目标物理观念知道偶然中的必然、统计规律、气体分子运动的特点、速率分布图像。科学思维理解分子运动速率的分布图像的物理意义，会运用其分析并解决相关问题。科学探究理解伽尔顿板的机理实验。科学态度与责任通过伽尔顿板实验学会实事求是的观察和严谨推理的科学态度，激发学生探索科学的兴趣。 知识点一　偶然中的必然1．伽尔顿板实验现象：单个小钢珠落入哪个狭槽是偶然的，少量小钢珠在狭槽内的分布情况也是不确定的，但大量小钢珠在狭槽内的分布情况表现出必然的规律。2．统计规律：大量偶然事件表现出来的整体规律，叫作统计规律。说明：若某事件不可能出现，这个事件叫作不可能事件。1：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)统计规律是大量偶然事件表现出来的整体规律。 (√)(2)统计规律对大量偶然事件才有意义。 (√)知识点二　气体分子速率分布规律1．图像如图所示。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，“中间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的平均速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动。3．温度越高，分子的热运动越剧烈。说明：温度升高不是每个分子的速率都变大，而是速率大的分子占的百分比变大。2：思考辨析(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)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。  (√)(2)温度越高，分子的热运动越激烈，是指温度升高时，所有分子运动的速率都增大了。                            (×)3：填空某时刻某个气体分子的速度大小和方向是偶然的(填“偶然”或“必然”)。 考点1　伽尔顿板实验现象如图为我们电脑程序上自带的小游戏“扫雷”，在“2”周围有8个方格，其中有两个是地雷，我们任意点击其中的一个，一定能成功地避开地雷吗？点到地雷与点不到地雷，哪种可能性大？提示：不能，点不到地雷的可能性大。1．从伽尔顿板的入口投入一个小钢珠，该小钢珠在下落过程中先后与许多铁钉相撞，经曲折路径，落入某一槽中。重复几次实验，可以发现小钢珠每次落入的槽不完全相同。这表明，在每一次实验中，小球落入某个槽内的机会是偶然的。2．如果保持手的姿势不变，把大量小钢珠从入口处缓缓倒入，可以看到，落入每个槽内的小钢珠数目是不相同的，在中央处的槽内小钢珠分布得最多，离中央越远的槽内小钢珠分布得越少，呈现一种“中间多，两头少”的分布规律(如图)。(a)　　　　　　(b)【典例1】　伽尔顿板可以演示统计规律。如图让大量小球从上方漏斗形入口落下，则下图中能正确反映最终落在槽内的小球的分布情况的是(　　)A　　　　　　BC　　　　　　DC　[让大量小球从上方漏斗形入口落下，落入每个狭槽内的小钢球数目是不相同的，在中央处的狭槽内小球最多，离中央越远的狭槽内小球越少，呈现一种“中间多、两头少”的分布规律，故C正确。]1．伽尔顿板可以演示统计规律。如图所示，让大量小球从上方漏斗形入口落下，最终小球都落在槽内。重复多次实验后发现   (　　)A．某个小球落在哪个槽是有规律的B．大量小球在槽内的分布是无规律的C．大量小球落入槽内后均匀分布在各槽中D．越接近漏斗形入口处的槽内，小球聚集越多D　[某个小球落在哪个槽无规律，但大量小球的分布情况是有规律的，大量小球落入槽后不是均匀分布在各槽中的，而是越接近漏斗形入口处的槽内，小球聚集越多，只有选项D正确。] 考点2　气体分子速率分布规律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，试作出图像。从图像中可以看出什么分布规律？提示：图像：分布规律：“中间多，两头少”1．分子间的距离较大：使得分子间的相互作用力十分微弱，可认为分子间除碰撞外不存在相互作用力，分子在两次碰撞之间做匀速直线运动。2．分子间的碰撞十分频繁：频繁的碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变，造成气体分子做杂乱无章的热运动。3．分子的速率分布规律：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”的这一“高峰”向速率大的一方移动。即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈。【典例2】　(多选)根据气体分子动理论，气体分子运动的剧烈程度与温度有关，下列表格中的数据是研究氧气分子速率分布规律而列出的。按速率大小划各速率区间的分子数占总分子数的百分比(%)分的区间(m/s)0 ℃100 ℃100以下1.40.7100～2008.15.4200～30017.011.9300～40021.417.4400～50020.418.6500～60015.116.7600～7009.212.9700～8004.57.9800～9002.04.6900以上0.93.9依据表格内容，以下四位同学所总结的规律正确的是(　　)A．不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数B．温度变化，表现出“中间多、两头少”的分布规律要改变C．某一温度下，速率都在某一数值附近，离开这个数值越远，分子越少D．温度增加时，速率小的分子数减少了ACD　[温度变化，表现出“中间多、两头少”的分布规律是不会改变的，选项B错误；由气体分子运动的特点和统计规律可知，选项A、C、D正确。]气体分子速率分布规律(1)在一定温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。(2)温度越高，速率大的分子所占比例越大。(3)温度升高，气体分子的平均速率变大，但具体到某一个气体分子，速率可能变大也可能变小，无法确定。2．(多选)下列关于气体分子运动的说法正确的是(　　)A．分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间自由移动B．分子间的频繁碰撞致使分子做杂乱无章的运动C．分子向各个方向运动的机会相等D．分子运动杂乱无章、毫无规律ABC　[气体分子间的频繁碰撞使分子做杂乱无章的运动，除碰撞外，分子可在空间自由移动，A、B正确；事实表明，个别分子的运动有它的不确定性，但大量分子的运动遵从一定的统计规律，如分子向各个方向运动的机会均等，C正确，D错误。]3．下图描绘的是一定质量的氧气分子分别在0 ℃和100 ℃两种情况下速率分布的情况，其中符合统计规律的是(　　)A　　　　　　　BC　　　　　　　DA　[气体温度越高，分子热运动越剧烈，分子热运动的平均速率越大，且大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”的特点。温度高时速率大的分子所占据的比例大，所以A正确。]1．关于气体分子的运动情况，下列说法中正确的是(　　)A．某一时刻具有任意速率的分子数目是相等的B．某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的C．某一温度下，大多数气体分子的速率不会发生变化D．分子的速率分布毫无规律B　[某一时刻具有任意速率的分子数目并不是相等的，而是呈“中间多，两头少”的统计规律分布，故A、D项错误；由于分子之间频繁地碰撞，分子随时都会改变自己的运动状态，因此在某一时刻，一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，故B项正确；某一温度下，每个气体分子的速率仍然是随时变化的，只是分子运动的平均速率不变，故C项错误。]2．(多选)如图所示为一定质量的氧气分子在0 ℃和100 ℃两种不同情况下的速率分布情况，由图可以判断以下说法正确的是(　　)A．温度升高，所有分子的运动速率均变大B．温度越高，分子的平均速率越小C．0 ℃和100 ℃时氧气分子的速率都呈现“中间多，两头少”的分布特点D．100 ℃的氧气与0 ℃的氧气相比，速率大的分子所占的比例较大CD　[温度升高，气体分子的平均运动速率增大，但有些分子的运动速率可能减小，从图中可以看出温度高时，速率大的分子所占比例较大，A、B错误，C、D正确。]3．某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，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(　　)A．TⅠ>TⅡ>TⅢ B．TⅢ>TⅡ>TⅠC．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢB　[由题图可知，曲线下的面积表示分子速率从0→∞区间内所有分子数的百分率之和，显然其值应等于1。当温度升高时，分子的速率普遍增大，所以曲线的“高峰”向右移动，曲线变宽，但由于曲线下总面积恒等于1，所以曲线的高度相应降低，曲线变得平缓，所以TⅢ>TⅡ>TⅠ，B正确。]4．1859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。若以横坐标表示分子速率v，纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比[用f(v)表示]，下列四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________。(填选项下面的字母)A　　　　　　　BC　　　　　　　DD　[气体分子速率分布遵循统计规律，即“中间多、两头少”，极高和极低速率的分子数趋近于零，故选项D正确。]回归本节知识，自我完成以下问题：1．试写统计规律的定义？提示：大量偶然事件表现出来的整体规律。2．在某温度下，分子运动速率有什么分布规律？提示：中间多、两头少。