物理选修3-3学案：第1章第2节气体分子运动与压强 含解析 精品

第2节 气体分子运动与压强

1．初步了解什么是“统计规律”。

2．理解气体分子运动的特点，知道气体分子速率分布规律。 3．理解气体压强产生的微观意义，知道影响压强的微观因素。

用小滚珠作空气分子模型，把装有滚珠的杯子拿到秤盘上方某处，把1粒滚珠倒在秤盘上，秤的指针会摆动一下。再在相同的高处把100粒或更多的滚珠快速倒在秤盘上，秤的指针会在一个位置附近摆动，如图，如果使这些滚珠从更高的位置倒在秤盘上，可以观察到秤的指针所指示的压力更大。

想一想，为什么？

提示：秤盘除支持滚珠的重力外，还要支持滚珠碰撞时的“冲力”。

1．统计规律

研究发现，某一事件的出现纯粹是偶然的，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。

2．气体分子运动的特点

(1)分子间的距离较大，气体分子间的作用力非常微弱，除碰撞外不受任何力的作用，可以在空间自由移动，常温下大多数气体分子的速率都达到百米每秒。

(2)分子之间的频繁碰撞使得分子的运动是无规则的，每个气体分子在某时刻的运动情况无法预测，但就大量的分子运动而言，则呈现出统计规律，主要有下面几点：

①气体分子向各个方向运动的机会相同。

②分子速率按中间多，两头少的规律分布，即分子运动速率很小和很大的都少，而在某一速率区间的分子数目最多。

③在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的，分子有一定的平均速率，温度越高，分子的平均速率越大。

3．气体的压强

气体的压强是分子频繁撞击容器壁而产生的。气体的压强是大量分子作用在器壁单位面积上的压力。

决定气体压强的因素是温度和单位体积的分子数，气体分子的温度越高，每个分子撞击器壁的作用力越大；单位体积内的分子数越多，单位时间内撞击器壁的分子数越多。两个因素决定着大量分子作用在器壁单位面积上的平均作用力，即气体压强的大小。

1．气体分子运动的统计规律

(1)统计规律：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，单个来看，各个分子的运动都是不规则的，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，这种规律叫统计规律。

(2)气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等。

(3)大量气体分子的速率分布呈现“中间多(速率中等的分子数目多)、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”向速率大的方向移动，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈。

2．气体分子运动特点

(1)气体分子间距离较大，气体分子可看成无大小的质点。

(2)气体分子间的作用力十分微弱，可认为除相互碰撞外无其他作用力。

(3)单个气体分子的运动无规则，但在大量气体分子的热运动中，分子向各个方向运动的机会(几率)相等。

3．气体压强的微观意义 (1)产生原因

大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强。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看来，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

气体压强由气体分子的密度和平均动能决定：①气体分子密度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多；②气体的温度高，分子的平均速率就越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，且每次撞击力也越大，累计的冲力就大。

类型一 气体分子运动特点

【例1】 为什么气体既没有一定的体积，也没有一定的形状？

解析：因为气体分子间的距离较大，大约是分子直径的10倍，所以可以把分子看做是没有大小的质点，并可以认为分子间的相互作用十分微弱，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞之外，不受到力的作用，可在空间内自由移动，因而能充满它所能达到的空间。所以气体既没有一定的体积，也没有一定的形状。

答案：见解析

类型二 气体分子运动统计规律

【例2】 气体分子永不停息地做无规则运动，同一时刻都有向不同方向运动的分子，速率也有大有小。下表是氧气分别在0 ℃和100 ℃时，同一时刻在不同速率区间内的分子数占总分子数的百分比，由表得出下列结论( )。 各速率区间的分子数占总分子数的百分比(%) 按速率大小划分的区间－1(m/s) 0 ℃ 100 ℃ 100以下 1.4 0.7 100～200 8．1 5．4 200～300 17．0 11．9 300～400 21．4 17．4 400～500 20．4 18．6 500～600 15．1 16．7 600～700 9．2 12．9 700～800 4．5 7．9 800～900 2．0 4．6 900以上 0．9 3．9 A．气体分子的速率大小基本上是均匀分布的，每个速率区间的分子数大致相同 B．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

C．随着温度升高，气体分子的平均速率增大

D．气体分子的平均速率基本上不随温度的变化而变化

点拨：统计规律是建立在大量观测数据基础之上的，通过表中的数据，结合气体分子的统计规律，逐步排查选项进行选择。

解析：由表格可以看出在0 ℃和100 ℃两种温度下，分子速率在200 m/s～700 m/s之间的分子数的比例较大，由此可得出B正确。再比较0 ℃和100 ℃两种温度下，分子速率较大的空间，100 ℃的分子数所占比例较大，而分子速率较小的区间，100 ℃的分子数所占比例较小，故100 ℃的气体分子平均速率高于0 ℃的气体分子平均速率，故C正确。

答案：BC

题后反思：借用统计数据，同学们能更直观地感受气体分子运动的统计规律，最好先反复观察数据，让同学们自己找规律。

类型三 对压强的微观解释的理解

【例3】 对于一定量的气体，下列四个论述中正确的是 ( )。 A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大 B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变 C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小 D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大

点拨：从压强的微观解释入手，仔细思考影响压强的几个微观因素。

解析：一定量气体的压强，从宏观角度看是由温度和分子密度共同决定的，从微观角度看是由分子热运动的剧烈程度和分子间的平均距离共同决定的，在这两个影响气体压强的因素中，若仅已知其中某一个因素的变化情况，而另一个因素的变化情况不知道，就不能确定气体压强的变化情况，故上述四个选项中只有B是正确的。

答案：B 题后反思：对气体压强的微观解释是本节的一个难点，但是压强的微观表达式是新课标中不作要求的，只要求掌握几个因素。

1在气体中，某一时刻向任一方向运动的分子都有，在任一时刻分子沿各个方向运动的机会是均等的，气体分子沿各个方向运动的数目应该是相等的，对上面所说的“数目相等”的理解正确的是( )。

A．是通过多次做实验而得出的结论，与实际数目不会有出入 B．是通过精确计算而得出的结论

C．是对大量分子用统计方法得到的一个统计平均值，与实际数目会有微小的差别 D．分子数越少，用统计方法得到的结果跟实际情况越符合

解析：单个分子在某一时刻的速率大小具有偶然性，大量分子频繁碰撞，对大量分子来说向各个方向运动几率是相等的，遵循统计规律，而不是精确的计算。

答案：C

2 气体分子运动的特点是( )。

A．分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间里自由移动 B．分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动 C．分子沿各方向运动的机会均等 D．分子的速率分布毫无规律

解析：由于气体分子间作用力可以忽略，可以认为除相互碰撞和与器壁碰撞外，气体分子间无作用力，分子的运动是自由的，但与温度有关，故分子的运动是一种热运动，也是有规律的，如“两头少，中间多”。综上所述选项A、B、C正确。

答案：ABC

3 一定温度下，气体分子运动的速度分布规律是( )。 A．每个分子的速率都不相等，但是平均速率保持不变 B．每个分子的速率都相等

C．每个分子的速率都不相等，速率大的分子少，速率小的分子多

D．每种速率的分子都有一定数量，速率很大和速率很小的分子数都非常少

解析：对于大量分子而言，每个分子的速率都不相等是不可能的，一般每种速率的分子都有一定的数量，气体分子运动的速率统计结果是：“两头少，中间多”，故只有D选项是正确的。

答案：D

4对于气体压强的产生，下列说法正确的是( )。 A．气体压强是气体分子之间互相频繁碰撞而产生的 B．气体压强是少数气体分子频繁碰撞器壁而产生的 C．气体对器壁的压强是由于气体的重力产生的 D．气体压强是大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的

解析：气体压强产生的原因是大量分子对器壁的碰撞产生的。 答案：D

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