高中物理课件 8.4 气体热现象的微观意义（人教版选修3-3）

欢迎进入物理课堂 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 必然 不可能 可能 可能 随机事件 二 气体分子运动的特点1 运动的自由性 气体分子之间的距离 大约是分子直径的左右 因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外 气体分子间可认为不受力的作用 在空间内自由移动 2 运动的无序性 分子的运动永不停息 杂乱无章 在某一时刻 向着运动的分子都有 而且向各个方向运动的气体分子数目都 3 运动的高速性 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 10倍 任何一个方向 相等 三 气体温度的微观意义1 分子的热运动 2 分子速率大小的分布图线呈 的规律3 是分子平均动能的标志 四 气体压强的微观意义1 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 温度越高 越激烈 中间多 两头少 温度 碰撞器壁 平均动能 密集程度 五 对气体实验定律的微观解释1 玻意耳定律一定质量的气体 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 分子的密集程度 气体的压强就 2 查理定律一定质量的气体 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 分子的平均动能 气体的压强就 平均动能 增大 增大 密集程度 增大 增大 3 盖 吕萨克定律一定质量的气体 温度升高时 分子的平均动能 只有气体的体积同时 使分子的密集程度 才能保持压强不变 增大 增大 减小 一 正确理解气体压强的微观意义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 关于密闭容器中气体的压强 下列说法正确的是 A 是由气体受到的重力产生的B 是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的C 压强的大小只取决于气体分子数量的多少D 容器运动的速度越大 气体的压强也越大解析 气体的压强是由于大量分子对器壁频繁碰撞造成的 在数值上就等于在单位面积上气体分子的平均碰撞作用力 答案 B 二 微观解释气体实验定律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 对于一定质量的气体 当它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 单位体积内的分子数增多 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正确 B C错误 答案 AD 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少 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守统计规律 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 A C错 B对 温度升高时 大量分子平均动能增大 但对个别或少量 如10个 分子的动能有可能减少 D对 答案 BD 跟踪发散 1 1 2011 四川卷 14 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 布朗运动是指悬浮颗粒因受分子作用力不平衡而引起的悬浮颗粒的无规则运动 选项A错误 气体分子因不断相互碰撞其动能瞬息万变 因此才引入了分子的平均动能 选项B错误 气体分子不停地做无规则热运动 其分子间的距离大于10r0 因此气体分子间除相互碰撞的短暂时间外 相互作用力十分微弱 分子的运动是相对自由的 可以充满所能达到的整个空间 故选项C正确 气体分子在不停地做无规则运动 分子间距离不断变化 故选项D错误 答案 C 对于一定质量的理想气体 下列四个叙述中正确的是 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 解析 根据气体压强产生的原因可知 一定质量的理想气体的压强 由气体分子的平均动能和气体分子的密集程度共同决定 分子平均动能越大 单位时间内分子撞击器壁的次数越多 气体压强越大 A C D三个选项均只给定了其中一个因素 而另一个因素不确定 不能判断压强是变大还是变小 所以只有B正确 答案 B 反思总结 1 对气体压强大小决定因素的理解和对实际物理过程 物理情境的分析是正确解题的关键 2 从微观角度看 气体的压强是由气体分子的平均动能和单位体积里气体分子数共同决定的 不能单方面作出压强变化的结论 跟踪发散 2 1 一定质量的气体 下列叙述中正确的是 A 如果体积减小 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大B 如果压强增大 气体分子对单位面积器壁的压力一定增大C 如果温度升高 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大D 如果分子密度增大 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 解析 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数 是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的 选项A和D都是单位体积内的分子数增大 但分子的平均速率如何变化却不知道 选项C由温度升高可知分子的平均速率增大 但单位体积内的分子数如何变化未知 所以选项A C D都不能选 由气体分子压强的产生可知 故正确答案为B 答案 B 一定质量的某种理想气体 在压强不变的条件下 如果体积增大 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 答案 A 反思总结 从微观角度讲 气体体积增大 单位体积内的分子数减少 若压强不变 则分子的平均动能增大 每一次撞击的平均作用力增大 跟踪发散 3 1 封闭在汽缸内一定质量的气体 如果保持气体体积不变 当温度升高时 下列说法正确的是 A 气体的密度变大B 气体的压强增大C 分子的平均动能减小D 气体在单位时间内撞击器壁单位面积的分子数增多 解析 气体的质量和体积都不发生变化故密度不变 A项错 温度是分子平均动能的标志 温度升高分子平均动能增大 C项错 分子数不变 体积不变 但分子运动的剧烈程度加剧了 故单位时间内撞击器壁的分子数增多 气体压强增大 故B D正确 答案 BD 1 大量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相等D 分子的速率分布毫无规律 解析 答案 ABC 2 封闭在汽缸内的一定质量的气体 如果保持气体压强不变 当温度升高时 以下说法正确的是 A 气体分子密度增大B 气体分子的平均动能减小C 每秒撞击单位面积器壁的气体分子数减少D 每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多 答案 C 3 一定质量的气体 在体积不变的情况下 温度升高 压强增大的原因是 A 温度升高后 气体分子的平均速率变大B 温度升高后 气体分子的平均动能变大C 温度升高后 分子撞击器壁的平均作用力增大D 温度升高后 单位体积内的分子数变大 撞击到单位面积器壁上的分子数增多了 解析 体积不变 分子密度不变 温度升高 分子平均速率变大 单位时间内单位器壁面积上所受的分子平均撞击次数增多 撞击力增大 气体压强增大 因此 A B C正确 D错误 答案 ABC 4 如图所示 一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B 则在此状态变化过程中 A 气体的温度不变B 气体的内能增大C 气体分子的平均速率减小D 气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数不变 解析 由p V图象中的AB图线可知 气体状态由A变到B为等容升压 根据查理定律 一定质量的气体 当体积不变时 压强跟温度成正比 故压强增大 温度升高 内能增大 A错误 B正确 气体的温度升高 气体分子平均速率增大 故C错误 气体压强增大且温度升高 则气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数增多 故D错误 答案 B 5 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 根据统计规律 分子速率较大 较小的分子数目较少 符合这一特点的图象是D 答案 D 6 把打气筒的出气口堵住 往下压活塞 越往下压越费力 主要原因是因为往下压活塞时 A 空气分子间的引力变小B 空气分子间的斥力变大C 空气与活塞分子间的斥力变大D 单位时间内空气分子对活塞碰撞次数变多 解析 气体分子间距离大于10r0 分子间相互作用力可忽略不计 故A B C错 下压活塞费力 是因一定质量的空气 体积减小 压强增大 分子密度减小 空气分子对活塞在单位时间内的碰撞次数增多 D正确 答案 D 7 用一导热的可自由滑动的轻隔板把一圆柱形容器分隔成A B两部分 如图所示 A和B中分别封闭有质量相等的氮气和氧气 均可视为理想气体 则可知两部分气体处于热平衡时 A 分子的平均动能和平均速率都相等B 分子的平均动能相等C 分子的平均速率相等D 分子数相等 解析 两种理想气体的温度相同 所以分子的平均动能相同 而气体种类不同 其分子质量不同 所以分子的平均速率不同 故B正确 A C错误 两种气体的质量相同 而摩尔质量不同 所以分子数不同 故D错误 故正确答案为B 答案 B 8 2011 上海单科 8 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T T T 则 A T T T B T T T C T T T T D T1 T T 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 因为是同种气体 则Ek Ek Ek 所以B正确 A C D错误 答案 B 9 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 对甲容器压强产生的原因是由于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产生的 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 答案 C 答案 1 1 8 105Pa 2 在缓慢下压过程中 温度不变 气体分子的平均动能不变 但单位体积内的气体分子数增多 碰撞器壁的次数增多 气体的压强变大 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