2019-2020学年高中物理 第八章 气体 4 气体热现象的微观意义课件 新人教版选修3-3.ppt

4气体热现象的微观意义 一 随机性与统计规律1 必然事件 在一定条件下 若某事件必然出现 这个事件叫做必然事件 2 不可能事件 在一定条件下 不可能出现的事件叫做不可能事件 3 随机事件 在一定条件下可能出现 也可能不出现的事件叫做随机事件 4 统计规律 大量随机事件整体表现出的规律 二 气体分子运动的特点1 气体的体积 由于气体分子间的距离比较大 大约是分子直径的10倍左右 分子间的作用力很弱 因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外 气体分子不受力而做匀速直线运动 因而气体能充满它所达到的整个空间 即气体的体积为容器的容积 2 分子运动的无序性 分子之间及分子与器壁之间频繁地发生碰撞 使每个分子的速度大小和方向频繁地改变 分子的运动杂乱无章 3 运动的统计规律 1 气体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分子数目都相等 2 气体分子的速率各不相同 但遵守速率分布规律 即呈现 中间多 两头少 的分布规律 4 气体温度的微观意义 1 温度越高 分子热运动越剧烈 2 温度是分子平均动能的标志 理想气体的热力学温度T与分子的平均动能Ek成正比 即T Ek 式中 是比例常数 三 气体压强的微观意义1 气体压强的微观解释 气体对容器的压强是大量分子频繁地碰撞器壁而产生的 2 影响气体压强的因素 从微观角度讲 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 一个是气体分子的密集程度 四 对气体实验定律的微观解释1 玻意耳定律的微观解释 一定质量的某种理想气体 温度保持不变时 分子的平均动能是一定的 在这种情况下 体积减小时 分子的密集程度增大 气体的压强就增大 2 查理定律的微观解释 一定质量的某种气体 体积保持不变时 气体分子的密集程度保持不变 在这种情况下 温度升高时 气体分子的平均动能增大 气体的压强就增大 3 盖 吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种气体 温度升高时 分子的平均动能增大 只有气体的体积同时增大 使气体分子的密集程度减小 才能保持压强不变 自我检测1 判断正误 对的画 错的画 1 气体的压强是由气体受到的重力产生的 解析 大量气体分子频繁地碰撞器壁产生气体压强 气体的压强与气体所受的重力及分子间的相互作用力无关 答案 2 大气压强是由于空气重力产生的 解析 大气压强是由空气的重力产生的 答案 3 气体的温度越高 压强就一定越大 解析 影响气体压强的因素有两个 一个是分子平均动能 一个是分子数密度 故温度越高 压强不一定越大 答案 2 探究讨论 1 随着温度的升高 所有气体分子运动的速率都增大吗 答案 不是 温度升高 有的气体分子运动速率增大 有的气体分子运动速率减小 但所有气体分子的平均速率增大 2 摸一个充满了气的篮球 会感觉很硬 而摸一个气有些瘪的篮球 会感觉很软 你能从微观角度解释这一现象吗 答案 充满了气的篮球 球内的气体分子数目多 因此对球壁的压强大 因而摸起来硬 而瘪了的篮球 球内分子数目少 因此压强小 摸起来发软 3 少量分子的运动是杂乱无章的 但大量分子的运动却遵从统计规律 通过阅读教材上的相关内容你能总结出气体分子运动的特点吗 答案 无序性 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都相等 规律性 气体分子速率分布表现出 中间多 两头少 的特点 温度升高时 速率大的分子数目增加 速率小的分子数目减少 分子的平均速率增大 探究一 探究二 统计规律与气体分子运动的特点问题探究 1 抛掷一枚硬币时 其正面有时向上 有时向下 抛掷次数较少和次数很多时 会有什么规律 2 气体分子间的作用力很小 若没有分子力作用 气体分子将处于怎样的自由状态 3 温度不变时 每个气体分子的速率都相同吗 温度升高 所有气体分子运动速率都增大吗 探究一 探究二 要点提示 1 抛掷次数较少时 正面向上或向下完全是偶然的 但次数很多时 正面向上或向下的概率是相等的 2 无碰撞时气体分子将做匀速直线运动 但由于分子之间的频繁碰撞 使得气体分子的速度大小和方向频繁改变 运动变得杂乱无章 3 分子在做无规则运动 造成其速率有大有小 温度升高时 所有分子热运动的平均速率增大 即大部分分子的速率增大了 但也有少数分子的速率减小 探究一 探究二 知识归纳1 统计规律 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 探究一 探究二 2 气体分子运动的特点 1 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 单独来看 各个分子的运动都是不规则的 具有偶然性 但从总体来看 大量分子的运动服从一定的统计规律 2 气体分子之间的距离很大 大约是分子直径的10倍 因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外 气体分子不受力的作用 在空间自由移动能达到容器的任何空间 所以气体没有确定的形状和体积 其体积等于容器的体积 3 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都相等 即气体分子沿各个方向运动的机会 几率 相等 探究一 探究二 4 每个气体分子都在做永不停息的运动 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 5 大量气体分子的速率分布呈现中间多 占有分子数目多 两头少 速率大或小的分子数目少 的规律 6 温度升高时 所有分子热运动的平均速率增大 即大部分分子的速率增大了 但也有少数分子的速率减小 这也是统计规律的体现 探究一 探究二 典例剖析 例题1 多选 根据气体分子动理论 气体分子运动的剧烈程度与温度有关 下列表格中的数据是研究氧气分子速率分布规律而列出的 探究一 探究二 依据表格内容 以下四位同学所总结的规律正确的是 A 不论温度多高 速率很大和很小的分子总是少数B 温度变化 表现出 中间多 两头少 的分布规律要改变C 某一温度下 速率都在某一数值附近 离开这个数值越远 分子越少D 温度增加时 速率小的分子数减少了解析 温度变化 表现出 中间多 两头少 的分布规律是不会改变的 选项B错误 由气体分子运动的特点和统计规律可知 选项A C D描述正确 答案 ACD气体分子速率的特点 1 在一定温度下 所有气体分子的速率都呈 中间多 两头少 的分布 2 并不是所有分子的速率随温度升高都增大 探究一 探究二 变式训练1如图是氧气分子在不同温度 0 和100 下的速率分布图 由图可得 A 同一温度下 氧气分子的速率呈现出 中间多 两头少 的分布规律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增加D 随着温度的升高 氧气分子的平均速率变小 探究一 探究二 解析 温度升高后 并不是每一个氧气分子的速率都增大 而是氧气分子的平均速率变大 并且速率小的分子所占的比例减小 则B C D错误 同一温度下 氧气分子的速率呈现出 中间多 两头少 的分布规律 A正确 答案 A 探究一 探究二 气体压强的微观意义的理解问题探究中央电视台在 科技之光 栏目中曾播放过这样一个节目 把液氮倒入饮料瓶中 马上盖上盖子并拧紧 人立即离开现场 一会儿饮料瓶就爆炸了 你能解释一下原因吗 要点提示饮料瓶内液氮吸热后变成氮气 分子运动加剧 氮气分子密度增大 使瓶内气体分子频繁 持续碰撞瓶内壁产生的压强逐渐增大 当瓶内外的压强差大于瓶子所承受限度时 饮料瓶发生爆炸 探究一 探究二 知识归纳1 气体压强的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来看 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 探究一 探究二 2 气体压强的决定因素 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 越大 在单位时间内 与单位面积器壁碰撞的分子数就越多 气体压强就越大 气体分子的平均动能 气体的温度越高 气体分子的平均动能就越大 每个气体分子与器壁碰撞时给器壁的冲力就越大 从另一方面讲 分子的平均速率越大 在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多 累计冲力就越大 气体压强就越大 探究一 探究二 2 宏观因素 与温度有关 温度越高 分子的平均动能越大 其他物理量不变时 气体的压强就越大 与体积有关 体积越小 分子的密集程度越大 其他物理量不变时 气体的压强就越大 3 气体压强与大气压强的区别与联系 1 区别 气体压强 因密闭容器的气体分子的密集程度一般很小 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 大小由气体分子的密集程度和温度决定 与地球的引力无关 气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 探究一 探究二 大气压强 大气压强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强 地面大气压强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 2 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而实现的 探究一 探究二 典例剖析 例题2 多选 如图 封闭在汽缸内一定质量的理想气体 如果保持体积不变 当温度升高时 以下说法正确的是 A 气体的密度增大B 气体的压强增大C 气体分子的平均动能减小D 每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多解析 由查理定律可知 当温度T升高时 压强增大 B正确 由于质量不变 体积不变 则分子密度不变 而温度升高 分子的平均动能增多 所以单位时间内气体分子对器壁碰撞次数增多 D正确 A C错误 答案 BD 探究一 探究二 气体压强的产生原因及决定因素 1 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地碰撞产生的 2 气体压强的决定因素 气体分子的密集程度与平均动能 探究一 探究二 变式训练2关于气体压强的理解 哪一种理解是错误的 A 大气压强是由地球表面空气重力产生的 因此将开口瓶密闭后 瓶内气体脱离大气 它自身重力太小 会使瓶内气体压强远小于外界大气压强B 气体压强是由于气体分子不断撞击器壁而产生的C 气体压强取决于单位体积内分子数和分子的平均动能D 单位面积器壁受到空气分子碰撞的平均压力就是气体对器壁的压强 探究一 探究二 1 2 3 4 5 1 多选 一定质量的气体 在等温变化的过程中 下列物理量发生变化的是 A 分子的平均速率B 单位体积内的分子数C 气体的压强D 分子总数解析 气体的质量一定 故气体的分子总数不变 气体发生等温变化 即气体的温度不变 则分子的平均速率不变 气体发生等温变化 则气体的压强和体积必发生变化 由此可知 B C两项符合题意 答案 BC 1 2 3 4 5 2 1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律 后来有许多实验验证了这一规律 若以横坐标v表示分子速率 纵坐标f v 表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比 下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是 解析 各速率区间的分子数占总分子数的百分比不能为负值 A B错 气体分子速率的分布规律呈现 中间多 两头少 的趋势 速率为0的分子几乎不存在 故C错 D对 答案 D 1 2 3 4 5 3 多选 对于气体分子的运动 下列说法正确的是 A 一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁 但同一时刻 每个分子的速率都相等B 一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等 但速率很大和速率很小的分子数目相对较少C 一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况D 一定温度下某理想气体 当温度升高时 其中某10个分子的平均动能可能减小 1 2 3 4 5 解析 一定温度下某理想气体分子碰撞十分频繁 单个分子运动杂乱无章 速率不等 但大量分子的运动遵从统计规律 速率大和速率小的分子数目相对较少 向各个方向运动的分子数目相等 选项A C错误 选项B正确 温度升高时 大量分子平均动能增大 但个别或少量 如10个 分子的平均动能有可能减小 选项D正确 答案 BD 1 2 3 4 5 4 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 表示单位速率区间内的分子数百分率 所对应的温度分别为T T T 则 A T T T B T T T C T T T T D T T T 解析 温度越高 分子热运动越剧烈 则速率大的分子所占的比例大 图线 速率大的分子所占比例最大 温度最高 图线 速率大的分子所占比例最小 温度最低 故B正确 答案 B 1 2 3 4 5 5 一定质量的某种气体 当它的压强变为原来的3倍 体积减小为原来的一半时 其热力学温度变为原来的多少 试从压强和温度的微观意义方面进行说明 1 2 3 4 5 从微观角度 气体的压强跟两个因素有关 一个是分子的平均动能 一个是气体分子的密集程度 当仅有体积减小为原来的一半时 气体分子的密集程度变为原来的两倍 这时气体的压强相应地变为原来的两倍 但还不能满足题意 题目要求压强变为原来的3倍 这时 只能要求从另外一个因素考虑 即增加气体分子的平均动能 而气体分子的平均动能是由温度来决定的 即应升高温度 根据计算 气体的热力学温度应变为原来的1 5倍 这时压强便在两个因素 体积减小 分子密集程度增大 温度升高 分子的平均动能增大 共同作用下变为原来的3倍 答案 倍说明见解析