名师课件：高中物理人教版 选择性必修 第三册 分子运动速率分布规律

物理选择性必修第三册第一章分子动理论第三节

分子运动速率分布规律学习目标

1.了解什么是“统计规律”。2.理解气体分子运动的特点及气体分子运动速率分布的统计规律。3.能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义;知道气体的压强与所对应的微观物理量间的联系。思维导图一、随机性与统计规律大量随机事件的整体往往会表现出一定的规律性，这种规律就叫作统计规律。热现象与大量分子热运动的统计规律有关。1．随机性(1)必然事件：在一定条件下，若某事件必然出现，这个事件叫作必然事件。(2)不可能事件：在一定条件下，若某事件不可能出现，这个事件叫作不可能事件。(3)随机事件：若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫作随机事件。2．统计规律：单个分子的运动无规律大量分子整体运动有规律分子的运动杂乱无章，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几乎相等。二、气体分子运动的特点1．运动的自由性：气体分子间的距离大约是分子直径的10倍，因此分子间的作用力很弱，通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，气体充满它能达到的整个空间。2．运动的无序性：3、运动的高速性：常温下大多数气体分子的速率都达到数百米每秒，在数量级上相当于子弹的速率，分子速率分布呈两头低中间高的规律。三、分子运动速率分布图像1．一定温度下，分子的速率呈“中间多、两头少”的分布；温度越高，速率大的分子比例越多，分子的平均速率越大。2．温度越高，分子的热运动越剧烈。温度是分子平均动能的标志。四气体压强的微观解释1．气体压强的形成原因：大量气体分子不断撞击器壁的结果。mv-mv由动量定理FΔt=-mv-mv=-2mv气体分子受力牛顿第三定律器壁受力2．气体压强的决定因素气体分子的平均速率气体分子的密度气体的温度T体积V微观上宏观上课堂小结一.气体分子运动特点二.分子运动速率分布图像1.气体压强产生的原因2.气体压强影响速度三.气体压强的微观解释【典例示范】(2020·全国Ⅰ卷)分子间作用力F与分子间距r的关系如图所示,r=r1时,F=0。分子间势能由r决定,规定两分子相距无穷远时分子间的势能为零。若一分子固定于原点O,另一分子从距O点很远处向O点运动,在两分子间距减小到r2的过程中,势能________(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距由r2减小到r1的过程中,势能__________(选填“减小”“不变”或“增大”);在间距等于r1处,势能__________(选填“大于”“等于”或“小于”)零。

【解析】从距O点很远处向O点运动,两分子间距减小到r2的过程中,分子间体现引力,引力做正功,分子势能减小;由r2减小到r1的过程中,分子间仍然体现引力,引力做正功,分子势能减小;在间距等于r1之前,分子势能一直减小,取无穷远处分子间势能为零,则在r1处分子势能小于零。答案:减小减小小于【误区警示】分子力做功与分子势能变化关系的理解(1)分子力做功是分子势能变化的唯一原因。(2)势能的大小与物体间距离的关系有一个共同的规律:不论是重力势能、弹性势能、电势能、还是分子势能,当它们之间的距离发生变化时,它们之间的相互作用力如果是做正功,势能都要减小;如果是做负功,势能都要增大。(3)分子势能最小与分子势能为零绝不是一回事,分子势能的正、负代表大小,如Ep=-10J小于Ep=5J。【素养训练】1.(多选)如图所示,甲分子固定在坐标原点O,乙分子沿x轴运动,两分子间的分子势能Ep与两分子间距离的变化关系如图中曲线所示,图中分子势能的最小值为-E0。若两分子所具有的总能量为0,则下列说法中正确的是 (

)A.乙分子在P点(x=x2)时,其动能为E0B.乙分子在P点(x=x2)时,加速度最大C.乙分子在Q点(x=x1)时,处于平衡状态D.乙分子的运动范围为x≥x1【解析】选A、D。两分子所具有的总能量为0,乙分子在P点时,分子势能为-E0,故分子动能为E0,故A正确;乙分子在P点时,分子力为零,故加速度为零、最小,故B错误;乙分子在Q点时分子势能为零,但此时受分子力不为零,故不是平衡状态,故C错误;当乙分子运动至Q点(x=x1)时,其分子势能为零,故其分子动能也为零,分子间距最小,而后向分子间距变大的方向运动,故乙分子的运动范围为x≥x1,故D正确。2.关于物体的温度与分子动能的关系,正确的说法是 (

)A.某种物体的温度是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,速率小的分子数目减少,速率大的分子数目增多D.物体的运动速度越大,则物体的温度越高【解析】选C。某种物体温度是0℃,物体中分子的平均动能并不为零,A项错误;因为分子在永不停息地运动,从微观上讲,分子运动快慢是有差别的,各个分子运动的快慢无法跟踪测量,而温度的概念是建立在统计规律的基础上的,在一定温度下,分子速率大小按一定的统计规律分布,当温度升高时,说明分子运动激烈,分子平均动能增大,速率小的分子数目减小,速率大的分子数目增多,但并不是所有分子的动能都增大,故B错误,C正确;物体的运动速度越大,说明物体的动能越大,这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈,则物体的温度不一定高,选项D错误。【补偿训练】(多选)关于分子势能与分子间距离之间的关系,下列判断正确的是(

)A.当r<r0时,r越小,则分子势能Ep越大B.当r>r0时,r越小,则分子势能Ep越大C.当r=r0时,分子势能Ep最小D.当r→∞时,分子势能Ep最小【解析】选A、C。当r<r0时,分子力表现为斥力,r减小时,分子力做负功,分子势能增大,A正确;当r>r0时,分子力表现为引力,r减小时分子力做正功,分子势能减小,B错误;当r=r0时,分子力减小为零,分子势能也减小到最小,C正确;当r→∞时,分子力做负功,分子势能逐渐增大,D错误。二内能和机械能的区别和联系1.内能是对大量分子而言的,对单个分子来说无意义。2.物体内能的决定因素:(1)从宏观上看,物体内能的大小由物体的质量、温度和体积三个因素决定。(2)从微观上看,物体内能的大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定。3.内能与机械能的区别和联系:内能机械能对应的运动形式微观分子热运动宏观物体机械运动能量常见的形式分子动能、分子势能物体的动能、重力势能或弹性势能能量的决定因素由物体内大量分子的无规则热运动和分子间相对位置决定由物体做机械运动、与地球相对位置或物体形变决定影响因素物质的量、物体的温度和体积物体做机械运动的速度、离地高度(或相对于零势能面的高度)或弹性形变是否为零永远不能等于零一定条件下可以等于零联系在一定条件下可以相互转化【思考·讨论】一架飞机在空中以某一速度飞行,由于飞机中所有分子都具有飞机的速度,所以分子具有动能,又由于飞机在空中,飞机中所有分子都离地面有一定高度,以地面为零势能面,所以分子具有势能,上述动能和势能的总和就是飞机的内能,当飞机停在地上时,飞机的内能为零,以上说法是否正确?为什么?提示:不正确,飞机的内能不是飞机的机械能,它是飞机中所有分子做无规则热运动和由于分子之间的相互作用而具有的势能的总和,与飞机的高度和飞机速度无关。【典例示范】关于物体的内能,下列说法中正确的是 (

)A.相同质量的两种物质,升高相同的温度,内能增量一定相同B.一定质量0℃的水结成0℃的冰,内能一定减小C.静止的物体内能一定为零D.相同质量的两个同种物体,运动物体的内能一定大于静止物体的内能【解析】选B。质量相同的两种物质,升高相同的温度时,分子总数和体积变化情况不一定相同,故选项A错;水结成冰要对外放热,因此0℃的水结成0℃的冰,水的内能一定大于冰的内能,选项B正确;内能是物体所有分子动能和势能的总和,没有内能为零的物体存在,故C错误;内能和机械能无关,是两个不相干的量,选项D错。【误区警示】内能和机械能与运动状态的关系(1)影响物体内能的因素有温度、体积和物质的量。(2)物体的内能跟物体的机械运动状态无关。(3)研究热现象时,一般不考虑机械能,但在机械运动中有摩擦时,存在内能与机械能的相互转化,这时要考虑机械能。【素养训练】1.(多选)下列说法正确的是 (

)A.分子的动能与分子的势能的和叫作这个分子的内能B.物体的分子势能由物体的温度和体积决定C.物体的速度增大时,物体的内能可能减小D.物体做减速运动时,其温度可能增加【解析】选C、D。内能是物体中所有分子热运动平均动能与分子势能的总和,A错误;宏观上,物体的分子势能与物体的体积有关,与物体的温度无关,B错误;物体的内能与其速度无关,所以物体的速度增大,内能可能增大,也可能减小,速度减小,其温度可能升高,也可能降低,C、D正确。2.(多选)下列说法正确的是 (

)A.橡皮筋被拉伸时,分子间势能增加B.1kg0℃的水内能比1kg0℃的冰内能大C.静止的物体其分子的平均动能为零D.A、B两物体温度相同,内能可能不同,分子的平均动能也可能不同【解析】选A、B。橡皮筋被拉伸时,要克服分子力做功,故其分子势能增加,A正确;1kg0℃的水变成0℃的冰要放出热量,故1kg0℃的水内能大,B正确;静止的物体动能为零,但分子在永不停息地运动,其平均动能不为零,同理被举高的物体,势能增加,但其体积不变,分子势能不变,故C错;温度是分子热运动的平均动能的标志,不同物体,温度相同,分子的平均动能相同,故D错。【拓展例题】考查内容:内能和机械能的关系与转化【典例】关于内能和机械能的关系与转化,以下说法