物理 第8章 气体 第4节 气体热现象的微观意义 新人教版选修3-3

物 理选修选修3-3 人教版人教版第八章气体气体第四节气体热现象的微观意义第四节气体热现象的微观意义知道气体分子运动的特点知道气体分子运动的特点掌握气体压强的微观意义掌握气体压强的微观意义了解气体实验定律的微观解释了解气体实验定律的微观解释1 1课前预习课前预习2 2课内探究课内探究3 3素养提升素养提升4 4课堂达标课堂达标5 5课时作业课时作业课课 前前 预预 习习 1必然事件 在一定条件下_出现的事件。 2不可能事件 在一定条件下_出现的事件。 3随机事件 在一定条件下，_出现，也_不出现的事件。 4统计规律 大量的_整体表现出的规律。随机性与统计规律随机性与统计规律必然必然不可能不可能可能可能可能可能随机事件随机事件 1气体分子运动的三个特性：气体分子运动的特点气体分子运动的特点匀速直线匀速直线 杂乱无章杂乱无章 相等相等 中间多、两头少中间多、两头少 增大增大 越高越高 温度温度 1气体压强的产生原因 气体的压强是大量气体分子频繁地_而产生的。 2影响气体压强的两个因素 (1)气体分子的_ (2)分子的_气体压强的微观意义气体压强的微观意义碰撞器壁碰撞器壁平均动能平均动能密集程度密集程度 1玻意耳定律的微观解释 一定质量的气体，温度保持不变时，分子的_是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的_增大，气体的压强就增大。 2查理定律的微观解释 一定质量的气体，体积保持不变时，分子的_保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的_增大，气体的压强就增大。 3盖吕萨克定律的微观解释 一定质量的气体，温度升高时，分子的_增大。在这种情况下只有气体的_同时增大，使分子的_减小，才能保持压强不变。对气体实验定律的微观解释对气体实验定律的微观解释平均动能平均动能密集程度密集程度密集程度密集程度平均动能平均动能平均动能平均动能体积体积密集程度密集程度 判一判 (1)大量随机事件的整体会表现出一定的规律性。( ) (2)气体的压强是由气体受到重力而产生的。( ) (3)气体的温度越高，压强就一定越大。( ) (4)大气压强是由于空气受重力产生的。( ) (5)气体分子的速率各不相同，但遵守速率分布规律，即出现“中间多、两头少”的分布规律。( ) 解析：分子速率分布曲线是正态分布，一定温度下气体分子速率很大和很小的占总分子数的比率都很少，呈现“中间多，两头少”的规律，只有曲线符合实际情况。本题易错选B，注意到曲线上速率为零的分子占有总分子数的比率是某一值，这是不可能的，因为分子在做永不停息的无规则热运动。 想一想 自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”。你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象？(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化) 答案：轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的密集程度不断增大，温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。课课 内内 探探 究究 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。探究一统计规律与气体分子运动特点探究一统计规律与气体分子运动特点 (1)温度升高，所有分子的运动速率均变大吗？ (2)结合图象，你能总结出气体分子运动速率的特点吗？ 提示：(1)不是 (2)个别分子的运动情况无法确定，但大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”的规律。 1对统计规律的理解 (1)个别事件的出现具有偶然因素，但大量事件出现的机会，却遵从一定的统计规律。 (2)从微观角度看，由于气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，单独来看，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。 2如何正确理解气体分子运动的特点 (1)气体分子距离大(约为分子直径的10倍)，分子力非常小(可忽略)，可以自由运动，所以气体没有一定的体积和形状。 (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，因此气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等。 特别提醒：单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”，具有规律性即遵守统计规律。 如图1所示，在斯特林循环的pV图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成，BC的过程中，单位体积中的气体分子数目_(选填“增大”、“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示，则状态A对应的是_(选填“”或“”)。不变不变 解题指导：根据气体分子运动的特点求解。 解析：从BC的过程中，气体的体积不变，因此单位体积中气体分子数目不变，从状态D到状态A，气体的体积不变，压强减小，温度降低，分子平均动能减小，因此A状态对应的是。 对点训练1 (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碰撞外，可在空间自由移动 B分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动 C分子沿各个方向运动的机会相等 D分子的速率分布毫无规律 解析：分子的频繁碰撞使其做杂乱无章的无规则运动，除碰撞外，分子可做匀速直线运动，A、B对。大量分子的运动遵守统计规律，如分子向各方向运动机会均等，分子速率分布呈“中间多，两头少”的规律，C对，D错。 ABC 试用气体分子热运动的观点解释：在炎热的夏天，打足了气的汽车轮胎在日光的曝晒下容易胀破。 提示：在日光曝晒下，胎内气体温度显著升高，气体分子热运动加剧，分子的平均动能增大，使气体压强进一步加大，这样气体的压强一旦超过轮胎的承受能力，轮胎便胀破。探究二气体压强的微观意义探究二气体压强的微观意义 1产生原因 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。气体的压强等于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 (1)微观因素 气体分子的密集程度：气体分子密集程度(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，气体压强就越大； 气体分子的平均动能：气体的温度高，气体分子的平均动能就大，每个气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，累计冲力就大，气体压强就越大。 (2)宏观因素 与温度有关：温度越高，气体的压强越大； 与体积有关：体积越小，气体的压强越大。 (3)气体压强与大气压强不同 大气压强由重力而产生，随高度增大而减小。 气体压强是由大量分子撞击器壁产生的，大小不随高度而变化。C 解题指导：解决此类问题的关键是： (1)了解气体压强产生的原因大量做无规则运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生的。压强就是大量气体分子在单位时间内作用在器壁单位面积上的平均作用力。 (2)明确气体压强的决定因素气体分子的密集程度与平均动能。 解析：逐项分析如下：选项选项诊断诊断结论结论A对对(甲甲)容器压强产生的原因是由于液体受到重力作用，而容器压强产生的原因是由于液体受到重力作用，而(乙乙)容器容器压强产生的原因是分子撞击器壁产生的压强产生的原因是分子撞击器壁产生的BC液体的压强液体的压强pgh，hAhB，可知，可知pApB，而密闭容器中气体压强各，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，处均相等，与位置无关，pCpDD温度升高时，温度升高时，pA、pB不变，而不变，而pC、pD增大增大探究三气体实验定律的微观解释探究三气体实验定律的微观解释 1玻意耳定律 (1)宏观表现：一定质量的气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大，体积增大，压强减小。 (2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积减小，分子越密集，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。 2查理定律 (1)宏观表现：一定质量的气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大，温度降低，压强减小。 (2)微观解释：体积不变，则分子密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。 3盖吕萨克定律 (1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。 (2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素分子密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。 (多选)对于一定质量的气体，当它们的压强和体积发生变化时，以下说法正确的是( ) A压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变 B压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小 C压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变 D压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大 解题指导：对于这类定性判断的问题，可从两个途径进行分析：一是从微观角度分析；二是用理想气体状态方程分析。AD 解析：质量一定的气体，分子总数不变，体积增大，单位体积内的分子数减少；体积减小，单位体积的分子数增加。根据气体的压强与单位体积内的分子数和分子的平均动能这两个因素的关系，可判知A、D选项正确，B、C选项错误。 对点训练3 (北京市海淀区2018届高三下学期期末)一定质量的理想气体，保持温度不变的情况下压缩体积，气体压强变大。下列说法正确的是( ) A气体分子平均动能增大 B气体分子平均动能减小 C单位体积内的分子数增加 D单位体积内的分子数减少 解析：温度不变，气体分子平均动能不变，体积减小，密度增大，单位体积内的分子数增加，故A、B、D错误，C正确。C素素 养养 提提 升升 1因密闭容器中的气体密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体的密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强都是大小相等的。 2大气压是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压。地面大气压的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值。大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。密闭容器中气体压强与大气压强的差别密闭容器中气体压强与大气压强的差别 下面关于气体压强的说法正确的是( ) A气体压强是由于气体受到重力而产生的 B失重情况下气体对器壁不会产生压强 C气体对容器底的压强比侧壁压强大 D气体的压强是由于气体分子不断地碰撞器壁而产生的 解析：气体的压强是由于气体分子不断对容器壁碰撞而产生的，而不是由于气体本身的重力而产生的，所以A错误，D正确；在失重情况下气体分子的热运动不会受到影响，对器壁的压强不会变化，B错误；气体的密度很小，重力的影响可以忽略不计，所以气体对器壁的压强各处都是相等的，C错误。D