教学设计完整版：用统计思想解释分子运动的宏观表现

用统计思想解释分子运动的宏观表现教学设计【教学目标】知识与技能：1．了解温度与分子的平均动能，了解温度的微观解释的意义以及温度的统计意义。2．能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，并能知道气体的压强产生的原因，它的大小和分子密度与平均动能有关。过程与方法：通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象，培养学生的微观想像能力和逻辑推理能力，并渗透“统计物理”的思维方法。情感态度价值观：通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析，对学生渗透“透过现象看本质”的哲学思维方法。【教学重点】知道用统计思想解释分子运动的宏观表现。【教学难点】气体压强的微观意义。【教学方法】讲授法、阅读法、电教法。【教学用具】计算机控制的大屏幕显示仪；自制的显示气体压强微观解释的计算机软件。电子秤滚珠实验演示视频。投影仪、投影片。【教学过程】引入新课：教师：(复习提问)分子动理论如何解释温度和压强的宏观表现？待学生回答后，指出课题：怎样理解温度和压强的微观解释？气体所遵循的宏观规律和气体的微观结构有何关系？本节我们就研究气体分子微观模型，用气体分子动理论解释气体的宏观表现？新课教学：一、温度的微观解释事实论证：从前面学过的扩散现象和布朗运动以及麦克斯韦的气体速率分布都可以证明分子的运动和温度有关。1．分子平均动能分子动能：分子由于做热运动所具有的动能。平均动能：大量分子动能的平均值。2．温度与平均动能的关系(1)温度升高时，分子平均动能增加；温度降低时，分子平均动能减小。(填“增加”或“减小”)(2)分子热运动的平均动能与物体的热力学温度成正比。(3)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动平均动能的标志。3．单个分子的温度由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也是不同的，所以单个分子的动能没有意义。因为温度是分子平均动能的标志，所以对于单个分子温度也是没有意义的。4．温度的统计意义(1)温度是大量分子无规则热运动的客观表现，具有统计意义，温度升高，分子平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大、有的分子动能甚至还减小，个别分子的动能大小与温度没有关系，但总体上所有分子动能的总和随温度的升高而增加。(2)分子的平均动能只由温度决定，与物质种类、质量、压强、体积无关，只要温度相同，分子的平均动能都相等，由于不同物质的分子质量不同，所以同一温度下，不同物质的分子运动的平均速率大小一般不同。5．温度的宏观和微观意义(1)宏观：描述物体的冷热程度。(2)微观：分子平均动能的标志。二、气体压强的微观意义1．提出问题：讨论分析反映气体宏观物理状态的温度(T)、体积(V)与反映气体分子运动的哪些微观状态物理量间存在联系？点拨：温度是分子热运动平均动能的标志，对确定的气体而言，温度与分子运动的平均速率有关，温度越高，反映气体分子热运动的平均速率越大。体积影响到分子密度(即单位体积内的分子数)，对确定的一定质量的理想气体而言，分子总数N是一定的，当体积为V时，单位体积内的分子数与体积V成反比，即体积越大时反映气体分子的密度n越小。2．提出问题：从微观上看气体的压强是怎样产生的呢？气体压强大小反映了气体分子运动的哪些特征呢？点拨：气体分子运动撞击器壁产生压强。如图1所示的图形：是一个一端用活塞封闭的气缸，活塞用一弹簧与一固定物相连，活塞与气缸壁摩擦不计，当气缸内为真空时，弹簧长为原长。如果在气缸内密封了极少量的理想气体。如图2，由于在任一时刻气体分子向各方向上运动的分子数相等，图中显示的仅为总分子数的一部分，一定有“分子”与活塞碰撞被反弹回来，活塞受到碰撞作用会颤抖一下。再看大量分子运动时与活塞的碰撞情况。如图3，大量“分子”都向活塞方向运动，对活塞连续不断地碰撞，碰后的“分子”反弹回来，有的返回途中与别的“分子”相撞后改变方向，有的与活塞对面器壁相碰改变方向，但在这里只考虑垂直于活塞表面的运动状态。对活塞而言一直有分子碰撞，活塞受到一个“持续”的压力，而被挤后有一个小的位移，且相对稳定。得出结论：由此可见气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连续不断地碰撞所产生的。进一步分析：从微观角度来看，气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能。一个是分子的密集程度。气体分子的平均动能越大，分子撞击器壁时对器壁产生的作用力越大，气体的压强就越大；而温度是分子平均动能的标志，可见气体的压强跟温度有关。气体分子越密集，单位时间撞击器壁单位面积的分子越多，气体的压强就越大，一定质量的气体，体积越小，分子越密集，可见气体的压强跟体积有关。典例探究：例1下列关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是()A．某物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零。B．物体温度升高时，每个分子的动能都增大。C．物体温度升高时，分子平均动能增大。D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高。答案C解析某种气体温度是0℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，A错误；当温度升高时，分子运动加剧，平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，B错，C对；物体的运动速度越大，物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，所以物体的温度不一定高，D错。借题发挥：(1)虽然温度是分子平均动能的标志，但是零度(0℃)时物体中分子的平均动能却不为零。(2)物体内分子做无规则热运动的速度和物体做机械运动的速度是完全不同的两个概念。例2下列有关“温度”的概念的说法中正确的是()A．温度反映了每个分子热运动的剧烈程度B．温度是分子平均动能的标志C．一定质量的某种物质，内能增加，温度一定升高D．温度升高时物体的每个分子的动能都将增大答案B解析温度是分子平均动能大小的标志，而对某个确定的分子来说，其热运动的情况无法确定，不能用温度反映。故A、D错而B对；温度不升高而仅使分子的势能增加，也可以使物体内能增加，冰熔化为同温度的水就是一个例证，故C错。例3下列关于分子动能的说法，正确的是()A．物体的温度升高，每个分子的动能都增加B．物体的温度升高，分子的总动能增加C．如果分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为eq\f(1,2)mv2D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比答案BD解析温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增加，但是其中个别分子的动能却有可能减小，A错、B对；分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子总数的比值，所以C错、D对。例4下列有关气体的压强的说法中，正确的是()A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大B．气体分子的密度增大，则气体的压强一定增大C．气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大D．气体分子的平均动能增大，气体的压强可能减小答案D解析A.气体压强由气体分子的数密度和平均动能决定，体分子的平均速率增大，则气体分子的平均动能增大，分子数密度可能减小，故气压不一定增大，气体的分子密度增大，气压不一定增加，故A错误；B.气体压强由气体分子的数密度和平均动能决定，故B错误；C.气体压强由气体分子的数密度和平均动能决定，气体分子的平均动能增大，分子数密度可能减小，故气压不一定增大，故C错误；D.气体压强由气体分子的数密度和平均动能决定，气体分子的平均动能增大，分子数密度可能减小，故气压可能减小，故D正确；故选D。例5下面关于气体压强的说法正确的是()A．气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关D．从宏观角度看，气体压强的大小跟气体的温度和体积有关答案ABCD解析气体压强的产生机理是：由于大量的气体分子频繁的持续的碰撞器壁而对器壁产生了持续的压力，单位时间内作用在器壁单位面积上的平均作用力就是气体对器壁产生的压。由此可知，从微观的角度看，气体分子的平均速率越大，单位体积内的气体分子数越多，气体对器壁的压强就越大，即气体压强的大小与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关；从宏观的角度看，温度越高，分子的平均速率越大，分子的平均动能越大，体积越小，单位时间内的气体分子数越多，分子对器壁的碰撞越频繁，气体对器壁的压强就越大，否则压强就越小。综上所述，选项ABCD正确。故选ABCD例6对于密封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B解析封闭气体的压强是由于气体分子对器壁的频繁碰撞而产生的，并不是由于气体的重力，故答案A错误；气体的压强与气体的