高二物理课件 8.4 《气体热现象的微观意义》 （人教选修3-3）

欢迎进入物理课堂 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 3 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 4 当温度升高时 中间多 的这一 高峰 向速率大的一方移动 即速率大的分子数目增多 速率小的分子数目减少 分子的平均速率增大 分子的热运动剧烈 定量的分析表明理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比 即因此说 温度是分子平均动能的标志 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 典例1 2010 福建高考 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 下面各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 填选项字母 解题指导 根据气体分子速率分布规律 标准解答 选D 气体分子速率分布规律是中间多 两头少 且分子不停地做无规则运动 没有速度为零的分子 故选D 规律方法 气体分子速度分布规律 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 温度越高 速率大的分子所占比例越大 3 温度升高 气体分子的平均速率变大 但具体到某一个气体分子 速率可能变大也可能变小 无法确定 变式训练 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 如表是氧气分别在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 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 所有气体分子的速率都增大D 气体分子的平均速率基本上不随温度的变化而变化 解析 选B 由表格可以看出在0 和100 两种温度下 分子速率在200 700m s之间的分子数的比例较大 由此可得出A错误 B正确 温度升高时速率大的分子数占的百分比增大 故D错 由表中数据得不出每个分子的运动情况 故不能确定所有分子的速率都增大 故C项错误 1 气体压强的产生 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 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越多 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 并且随高度增大而减小 典例2 对于一定质量的气体 下列四个论述中正确的是 A 当分子热运动变剧烈时 压强必增大B 当分子热运动变剧烈时 压强可以不变C 当分子间平均距离变大时 压强必变大D 当分子间平均距离变大时 压强必变小 解题指导 解答本题应注意以下两点 1 气体分子的平均动能 2 气体分子的密集程度 标准解答 选B 分子热运动变剧烈 表明气体温度升高 分子平均动能增大 但不知气体的分子密集程度如何变化 故压强的变化趋势不明确 A错B对 分子间平均距离变大 表明气体的分子密集程度变小 但因不知此时分子的平均动能如何变 故气体的压强不知如何变化 C D错 规律方法 解气体压强的技巧 1 明确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 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 3 只有知道了这两个因素的变化 才能确定压强的变化 任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化 变式训练 如图所示 两个完全相同的圆柱形密闭容器 甲中恰好装满水 乙中充满空气 则下列说法中正确的是 容器容积恒定 A 两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的B 两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的C 甲容器中pA pB 乙容器中pC pDD 当温度升高时 pA pB变大 pC pD也要变大 解析 选C 甲容器压强产生的原因是液体受到重力的作用 而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁 A B错 液体的压强p gh hA hB 可知pA pB 而密闭容器中气体压强各处均相等 与位置无关 pC pD C对 温度升高时 pA pB不变 而pC pD增大 D错 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 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 3 盖 吕萨克定律 1 宏观表现 一定质量的气体 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 典例3 2011 南宁高二检测 对一定质量的理想气体 下列说法正确的是 A 体积不变 压强增大时 气体分子的平均动能一定增大B 温度不变 压强减小时 气体的密度一定减小C 压强不变 温度降低时 气体的密度一定减小D 温度升高 压强和体积都可能不变 解题指导 对气体实验定律的解释要紧紧围绕决定气体压强的两个因素 气体分子的密集程度与分子平均动能进行分析讨论 标准解答 选A B 根据气体压强 体积 温度的关系可知 体积不变 压强增大时 气体的温度增大 气体分子的平均动能增大 选项A正确 温度不变 压强减小时 气体体积增大 气体的密集程度减小 B正确 压强不变 温度降低时 体积减小 气体的密集程度增大 C错 温度升高 压强 体积中至少有一个发生改变 D错 规律方法 对气体实验定律的微观解释对一定质量的气体 等温变化 温度不变 分子的平均动能不变 若体积增大 则分子的密集程度减小 与单位面积撞击的分子数减少 故压强减小 等压变化 当温度升高时 气体分子的平均动能增大 压强有增大的趋势 体积膨胀 而气体分子密集程度减小 压强有减小的趋势 两者效果抵消 气体压强保持不变 等容变化 气体的体积不变 则气体分子的密集程度保持不变 当温度升高时 气体分子的平均动能增大 因此单位面积上的压力会变大 气体的压强将增大 变式训练 对一定质量的气体 若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数 则 A 当体积减小时 N必定增加B 当温度升高时 N必定增加C 当压强不变而体积和温度变化时 N必定变化D 当体积不变而压强和温度变化时 N可能不变 解析 选C 一定质量的气体 在单位时间内与器壁单位面积的碰撞次数 取决于分子的密集程度和分子运动的剧烈程度 即与体积和温度有关 故A B错 压强不变 说明气体分子对器壁单位面积上的撞击力不变 若温度改变 则气体分子平均动能必改变 要保持撞击力不变 则碰撞次数必改变 故C项正确 若体积不变 单位体积内分子数不变 但温度变了 即分子运动剧烈程度变了 则N一定改变 故D项错误 变式备选 一定质量的理想气体经历等温压缩过程时 气体压强增大 从分子动理论观点来分析 这是因为 A 气体分子的平均动能增大B 单位时间内 器壁单位面积上分子碰撞的次数增多C 气体分子数增加D 气体分子对器壁的碰撞力变大 解析 选B 温度不发生变化 分子平均动能不变 分子对器壁的碰撞力不变 故A D错 质量不变 分子总数不变 C项错误 体积减小气体分子密集程度增大 单位时间内器壁单位面积上分子碰撞次数增多 故B项正确 典例 如图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 由图可以判断以下说法中正确的是 A 温度升高 所有分子的运动速率均变大B 温度越高 分子的平均速率越小C 0 和100 氧气分子的速率都呈现 中间多 两头少 的分布特点D 100 的氧气与0 的氧气相比 速率大的分子所占比例较大 解题指导 掌握气体分子运动的特点是解决此类问题的关键 热学统计规律显示气体分子的速率呈现 中间多 两头少 的分布 且温度升高分子的平均速率增大 速率大的分子所占比例较大 标准解答 选D 温度升高了分子的无规则运动加剧 故A B项均错 而每次撞击更强烈了 但压强减小了 所以单位时间内气体分子对单位面积的撞击次数减少了 故D项正确 一 选择题1 下列各组物理量哪些能决定气体的压强 A 分子的平均动能和分子种类B 分子密集程度和分子的平均动能C 分子总数和分子的平均动能D 分子密集程度和分子种类 解析 选B 气体的压强是由大量分子碰撞器壁而引起的 气体分子的密集程度越大 即单位体积内分子数越多 在单位时间内撞击器壁单位面积的分子就越多 则气体的压强越大 另外气体分子的平均动能越大 分子撞击器壁时对器壁产生的作用力越大 气体的压强就越大 故决定气体压强的因素是分子密集程度和分子的平均动能 故B项正确 2 2011 大庆高二检测 对一定质量的气体 通过一定的方法得到了某一速率的分子数目N与速率v的两条关系图线 如图所示 下列说法正确的是 A 曲线 对应的温度T1高于曲线 对应的温度T2B 曲线 对应的温度T1可能等于曲线 对应的温度T2 C 曲线 对应的温度T1低于曲线 对应的温度T2D 无法判断两曲线对应的温度关系 解析 选C 温度越高 分子的平均速率越大 从图中可以看出 的平均速率大 故 的温度高 C项正确 3 2011 济南高二检测 教室内的气温会受到室外气温的影响 如果教室内上午10时的温度为15 下午2时的温度为25 假设大气压强无变化 则下午2时与上午10时相比较 房间内的 A 空气分子密集程度增大B 空气分子的平均动能增大C 空气分子的速率都增大D 空气质量增大 解析 选B 温度升高 气体分子的平均动能增大 平均每个分子对器壁的冲力将变大 但气压并未改变 可见单位体积内的分子数一定减小 故A项 D项错误 B项正确 温度升高 并不是所有空气分子的速度都增大 C项错误 4 2011 四川高考 气体能够充满密闭容器 说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外 A 气体分子可以做布朗运动B 气体分子的动能都一样大C 相互作用力十分微弱 气体分子可以自由运动D 相互作用力十分微弱 气体分子间的距离都一样大 解析 选C 布朗运动本身并不是分子运动 因此A错 分子做无规则的热运动 各个分子的动能不同 B错 气体分子平均距离较远 所以分子力十分微弱 气体分子可以自由运动 C正确 由于无规则的热运动 每个气体分子之间的距离是变化的 D错 5 下列说法正确的是 A 气体对器壁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B 气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁上的平均作用力C 气体分子热运动的平均动能减小 气体的压强一定减小D 单位体积的气体分子数增加 气体的压强一定增大 解析 选A 由气体压强的微观解释可知 A对 平均作用力不是压强 B错 气体压强的大小与气体分子的平均动能和单位体积的分子数两个因素有关 C D均错 故选A 方法技巧 气体压强的微观解释 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来看 气体的压强就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 决定气体压强的因素 气体分子的密集程度与气体分子的平均动能 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 6 一定质量的气体 在等温状态变化过程中 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 分子的平均动能D 分子总数 解析 选B 气体的质量不变则分子总数不变 故D项错 温度不变则分子的平均动能不变 平均速率不变 故A C均错 等温变化中体积变化而分子总数不变 故单位体积内的分子数变化 B项正确 7 一定质量的理想气体 在压强不变的条件下 体积增大 则 A 气体分子的平均动能增大B 气体分子的平均动能减小C 气体分子的平均动能不变D 条件不足 无法判定气体分子平均动能的变化情况 解析 选A 从微观角度来分析 体积增大 气体分子密度减小 要想压强不变 分子平均动能必须增大 即撞击器壁的作用力变大 A项正确 本题也可由盖 吕萨克定律得出 体积增大 温度升高 所以气体分子的平均动能增大 8 下面的表格是某地区1 7月份气温与气压的对照表 7月份与1月份相比较 正确的是 A 空气分子无规则热运动的情况不变B 空气分子无规则热运动减弱了C 单位时间内空气分子对地面的撞击次数增多了D 单位时间内空气分子对单位面积的地面撞击次数减少了 解析 选D 温度升高了分子的无规则运动加剧 故A B项均错 空气分子对地面的撞击更强烈了 但压强减小了 所以单位时间内气体分子对单位面积的撞击次数减少了 故D项正确 二 非选择题9 从宏观上看 一定质量的气体体积不变温度升高或温度不变体积减小都会使压强增大 从微观上看 这两种情况有没有什么区别 解析 因为一定质量的气体的压强是由单位体积内的分子数和气体的温度决定的 体积不变时 虽然分子的密集程度不变 但气体温度升高 气体分子运动加剧 分子的平均速率增大 分子撞击器壁的作用力增大 故压强增大 气体体积减小时 虽然分子的平均速率不变 分子对容器的撞击力不变 但单位体积内的分子数增多 单位时间内撞击器壁的分子数增多 故压强增大 所以这两种情况在微观上是有区别的 10 一定质量的理想气体由状态A经状态B变成状态C 其中A B过程为等压变化 B C过程为等容变化 已知VA 0 3m3 TA TC 300K TB 400K 1 求气体在状态B时的体积 2 说明B C过程压强变化的微观原因 解析 1 A B由气体定律 知 2 B C气体体积不变 分子数密度不变 温度降低 分子平均动能减小 压强减小 答案 1 0 4m3 2 见解析 Thankyou 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全