清华大学附属中学专用教师版16 气体分子运动的统计规律 21晶体和非晶体.docx
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清华大学附属中学专用教师版16气体分子运动的统计规律21晶体和非晶体
三元整合导学模式高二理科物理学科导学稿
主编人:
高二备课组定稿日期:
2015年03月31日
编号
06
学校审批领导:
班级姓名
【课题】1.6气体分子运动的统计规律2.1晶体和非晶体
【重点问题聚焦】
1、什么是统计规律?
气体分子速率分布有何特点?
2、什么是晶体?
什么是非晶体?
如何区分晶体和非晶体?
怎样区分单晶体和多晶体?
【课题】
1.5气体分子运动的统计规律
【自主学习】
1、气体分子间的距离约是分子直径的10倍,数量级为10-10;从微观上看,气体分子间的距离相当大,气体分子的分布比较稀疏;但从宏观上看,气体分子间的距离相当小,气体分子的分布相当稠密
2、在某一个特定时刻,某个特定分子的速度大小和方向完全是偶然的,那么,分子的速率分布是否就不存在任何规律呢?
---不是,对于大量分子的整体而言,气体分子的运动遵从一定的统计规律
一、分子沿各个方向运动的机会相等
1、什么叫做统计规律?
----例如抛大量抛币时,硬币正面向上和反面向上的机会是均等的,这种大量个别事件整体表现出来的规律叫做统计规律
2、大量分子运动整体表现出来的统计规律是怎样的?
-----即是在任一时刻分子沿各个方向运动机会是均等的,而且气体分子沿各个方向运动的数目
也是基本相等的;这里所说的“数目相等”是对大量分子的一个统计平均数,与实际的数目会有微小的出入
二、分子速率按一定的规律分布
1、气体分子做无规则运动,速率有的大,有的小,但大量分子整体的分布遵从一定的统计规律
2、研究表明,在一定的温度下,各种不同速率范围内的分子数在分子数中所占的比例是确定的
3、早在1859年,一位科学家麦克斯韦就从理论上导出了气体分子按速率分布的规律。
六十年后,麦克斯韦的理论研究成果第一次得到了实验验证
4、气体分子的速率分布图像如下页:
总分子数目用字母N表示,某一速率区间的分子数用符号△N表示,速率区间的大小用字母△v,则
表示某一速率区间的分子数占总分子数的比率;而
表示某一速率区间内单位速率区间内的分子数占总分子数的比率;图中每一窄条矩形面积是
×△v=
,其中结果
表示这一速率区间内的分子数占总分数的比率,例如图中阴影矩形面积表示速率在500~600m/s的分子数占总分子数的比率为0.151×100=15,1℅
5、如果实验时把速率区间取得越窄,则直方图边间的锯齿形就得越小,最后边界就可以变成一条平滑的曲线,这条曲线就能精确反映气体分子的速率分布,这条曲线就称为气体分子速率分布曲线
【合作探究】讨论与交流P15
1、观察0°C时的实验数据,说出气体分子速率分布的特点
答:
在一定温度下,气体分子的速率分布呈中间多,两头少的分布规律
2、比较0°C和100°C时实验数据,说出不同温度下气体分子速率分布的差异点和共同点
答:
相同点:
①如果某一速率区间的分子数占总分子数的比率最大,则这一速率的分子数目最多;②速率最大和速率最小的分子数占总分子数的比率实际是很少的;③气体中的大多数分子的速率都接近某个数值,与这个数值相差越多,分子数越少,表现出“中间多,两头少”的规律
不同点:
①当温度升高时,分子数最多的速率区间移向速率大的区间;②速率小的分子数目减少,速率大的分子数目增加,分子的平均动能增多
【精讲释疑】
1、(双选)关于气体分子的运动情况,下列说法中正确的是( BC )
A.某一时刻具有任一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.某一时刻向任意一个方向运动的分子数目相等
D.某一温度下大多数气体分子的速率不会发生变化
解析:
气体分子运动的规律应从两个方面去理解,一是个别分子运动的偶然性,二是大量分子整体具有的规律性.不可把大量分子的统计结果用在个别分子上,也不能因为少量的差异去要求整体上规律的严密性.
具有任一速率的分子数目并不是相等的,呈“中间多,两头少”的统计分布规律,选项A错误;由于分子之间频繁地碰撞,分子随时都会改变自己运动速度的大小和方向,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,选项B正确;虽然每个分子的速度瞬息万变,但是大量分子的整体存在着统计规律.
2、如图所示是氧气分子在不同温度(0℃和100℃)下的速率分布,由图可得信息是( D )
A.随着温度的升高,氧气分子的平均速率变小
B.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大
C.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例高
D.同一温度下,氧气分子呈现出“中间多,两头少”的分布规律
解析:
随着温度升高,氧气分子的平均速率变大,且呈现“中间多,两头少”的分布规律,A错,D对;温度升高时,分子平均速率增大,但并不意味着每一个氧分子的速率都增大,B错;温度升高时,氧气分子中速率小的分子所占比例将减小,C错.
3、在一定温度下,某种理想气体的速率分布应该是( B )
A.每个分子速率都相等
B.每个分子速率一般都不相等,速率很大和速率很小的分子数目很少
C.每个分子速率一般都不相等,但在不同速率范围内,分子数的分布是均匀的
D.每个分子速率一般都不相等,速度很大和速率很小的分子数目很多
解析:
气体分子运动速率呈现“中间多,两头少”的分布,这是多数分子运动的整体行为,是一种统计规律,但对气体内部的某一个分子来说,其运动速率在某一温度下可能很大,也可能很小.由麦克斯韦气体分子速率分布规律知,气体分子速率大部分集中在某个数值附近,速率很大和速率很小的都很少.B正确.
【检测练习】
1.哪个科学家第一次提出了气体分子按速率分布的规律( C )
A.牛顿
B.布朗
C.麦克斯韦
D.伽耳顿
2.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( B )
A.TⅠ>TⅡ>TⅢ
B
.TⅢ>TⅡ>TⅠ
C.TⅡ>TⅠ,TⅡ>TⅢ
D.TⅠ=TⅡ=TⅢ
解析:
温度是气体分子平均动能的标志.由图象可以看出,大量分子的平均速率
Ⅲ>
Ⅱ>
Ⅰ,因为是同种气体,则EkⅢ>EkⅡ>EkⅠ所以B正确,A、C、D错误.
3.(双选)对于气体分子热运动服从统计规律的正确理解是( AD )
A.大量无序运动的气体分子组成的系统在总体上所呈现的规律性,称为
统计规律
B
.统计规律对所含分子数极少的系统仍然适用
C.统计规律可以由数学方法推导出来
D.对某些量进行统计平均时,分子数越多,出现的涨落现象越明显
解析:
统计规律是对大量偶然事件而言的整体规律,对于少量的个别的偶然事件是没有意义的.个别的、少量的气体分子的运动规律是不可预知的,
对于大量的气体分子的运动呈现出“中间多,两头少”的统计规律,所以选项A、D正确.
【课题】
2.1晶体和非晶体
【自主学习】
1、固体的分类:
晶体和非晶体;晶体又分为单晶体和非晶体;2、在常见的固体物质中,晶体有石英(透明的石英是水晶)、云母、明矾、食盐、味精;非晶体有玻璃、松香、沥青、橡胶、金属、岩石
一、单晶体
1、单晶体的三个特点:
①晶体具有规则的几何形状;②晶体具有一定的熔点;③单晶体各向异性,即晶体在不同方向具有不同的物理性质
2、晶体具有规则的几何形状。
例如,食盐的晶体是正立方形;石英的晶体中间是一个六棱柱,两端是六棱锥;雪花是六角形。
同一晶体各相应晶面的夹角是恒定不变,矿物上常常依据晶体的形状来鉴别矿石
3、单晶体的各向异性,比如云母的晶体薄片,在外力作用下很容易沿平行于薄片的平面裂开,但要使薄片纵向断裂就很困难,这说明云母在不同方向的机械强度是不一样的
4、单晶体在不同的方向上不仅机械强度、导热性能不同,而且导电性能和对光的折射率等物理性质也不一样,这类现象称为各向异性
5、单晶体的应用:
天然大块的单晶体是不多的,单晶体是科学技术的重要原材料。
制造红外线光谱仪器要用氯化钠单晶体;生产半导体集成电路必须用高纯度、大尺寸的半导体单晶材料单晶硅和单晶锗
二、多晶体
1、什么叫做多晶体?
——由许多无规则排列的小晶粒构成的晶体叫做多晶体
2、多晶体的3个特点分别是:
①多晶体没有规则的形状;②多晶体的各向同性;③多晶体具有一定的熔点
3、为什么金属和岩石没有规则的形状,各方向的物理性质却相同呢?
因为金属是由许多无规则排列的小晶粒构成的,每一晶粒仍然是具有规则外形和各向异性的,但由于它们在空间排列是杂乱无章的,所以金属在总体上没有规则的外形,整体表现出各向同性
三、非晶体
1、非晶体的3个特点分别是:
①非晶体没有规则的形状;②非晶体的各向同性;③非晶体没有一定的熔点
2、非晶体的应用:
非晶体没有固定熔点的特性常被应用与工艺生产中,例如,吹制玻璃器皿时,将玻璃放在火焰上加热,玻璃并不立刻熔成液体,而是首先变软,利用玻璃的这种性质,就可以制成各种形状的玻璃器皿
3、通过人工方法可以使晶体转变成非晶体。
例如天然水晶是晶体,经过熔化再凝结变成的水晶玻璃是非晶体;用超急冷方法使金属溶液凝固,金属材料来不及结晶就形成非晶体
【合作探究】讨论与交流P24
1、晶体与非晶体的主要区别是什么?
——有没有熔点
【精讲释疑】
1、(单选)下列说法中,不正确的是( B )
A.显示各向异性的物体必定是晶体
B.不显示各向异性的物体必定是非晶体
C.具有确定熔点的物体必定是晶体
D.不具有确定熔点的物体必定是非晶体
解析:
选B.晶体具有各向异性,非晶体具有各向同性,所以只要是各向异性者必为晶体,A项正确;但多晶体对外不显示各向异性,而显示各向同性,所以不显示各向异性的物体不一定是非晶体,故B项错误;无论是单晶体还是多晶体均有确定的熔点,非晶体没有确定的熔点,故C、D项正确,
2、(单选)辨别物质是晶体还是非晶体,比较正确的方法是(B)
A、从外形判断
B、从各向异性或各向同性来判断
C、从导电性能来判断
D、从是否具有确定的熔点来判断
【检测练习】
1、(双选)关于晶体和非晶体,下列说法正确的是( CD )
A.有规则的几何外形的固体一定是晶体
B.晶体在物理性质上一定是各向异性的
C.晶体熔化时具有一定的熔点
D.晶体和非晶体在适当的条件下是可以相互转化的
2、(单选)下列说法中正确的是( C )
A.可以根据各向同性或各向异性来鉴别晶体和非晶体
B.一块均匀薄片,沿各个方向对它施加拉力,发现其强度一样,则此薄片一定是非晶体
C.一个固体球,如果沿其各条直径方向的导电性不同,则该球一定是单晶体
D.一块晶体,若其各个方向的导热性相同,则一定是多晶体
3、下列叙述中正确的是(C)
A、多晶体和非晶体各向同性,所以都不是晶体
B、单晶体和多晶体都是各向异性
C、金属材料各向同性,但金属中每一晶粒的内部各向异性
D、明矾是多晶体,小铁屑是单晶体
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- 清华大学附属中学专用教师版16 气体分子运动的统计规律 21晶体和非晶体 清华大学 附属中学 专用 教师版 16 气体 分子 运动 统计 规律 21 晶体 非晶体
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