气体热现象的微观意义

1、气体热现象的微观意义新课标要求知识与技能过程与方法情感、态度和价值观1 .知道气体分子运动的特点。2 .能用气体分子动理论解释气体压强的微观意 义，并能知道气体的压强、温度、体积与所对 应的微观物理量间的相关联系。3 .能用气体分子动理论解释三个气体实验定 律。通过让学生用气体分子 动理论解释有关的宏观 物理现象，培养学生的微 观想像能力和逻辑推理 能力，并渗透“统计物理” 的思维方法。通过对宏观物理现象与 微观粒子运动规律的分 析，对学生渗透“透过 现象看本质”的哲学思 维方法教材分析与方法教学重点教学难点教学方法教学用具气体分子运动的 特点和气体压强 的微观意义气体压强的微 观意义讲授法、

2、阅读 法、电教法计算机控制的大屏幕显示仪；自制的显示气 体压强微观解释的计算机软件。电子秤滚珠 实验演示视频。投影仪、投影片复习预习引入教师活动学生活动1 .分子动理论的基本内容是什么？2 .气体分子的运动是怎样的？气体所遵循的宏观规律和气体的 微观结构有何关系？本节我们就研究气体分子微观模型，用气 体分子动理论解释气体的实验定律。知识探究过程、投掷硬币实验学生实验:,统让项目 统计对豪总共投币 次数4枚硬币中止面朝上的硬币枚数01234我的实验数据10我所在小组的 数据我所在大组的 数据全班的数据实验表明：个别事物的出现具有偶然的因素，但大量事物出现的机会， 却遵从一定的统计规律。二、气体分

3、子运动的特点1 .气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分子除相互碰撞及 与器壁碰撞外不受其他力作用，每个分子都可以在空间自由移动，一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。2 .分子间的碰撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞。气体通过这种碰撞可传递能量，其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的，这就是杂乱无章的气体分子热运动。3 .从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻 向容器各个方向运动的分子数是均等的。4 .大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，

4、温度升高时，平均速率会增大。5 .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 =a Ek式中a是比例常数。此式说明，温度是分子平均动能的标志。三、气体压强的微观意义模拟情景：雨滴打在伞面上使伞面受到冲击力，雨滴动能越大，雨滴越密集，产生的压力就越大。【视频演示】雨滴撞击伞面【实验演示】滚珠撞击电子秤实验总结结论：从微观角度来看，气体压强的大小与两个因素有关，一是气体分子的平均动能， 二是分子的密集程度。前者决定温度，后者决定体积。所以：气体压强与温度和体积有关。 四、对气体实验定律的微观解释1 .用气体分子动理论解释玻意耳定律：一定质量（m）的理想气体，其分子总数（ N）是一个

5、定值，当温度（T）保持不变时, 则分子的平均速率（v）也保持不变，当其体积（ V）增大几倍时，则单位体积内的分子数（n）变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比。这就是玻意耳定律。书面符号简易表述方式：T不变*期不变m一定N一定一！*1? I t）一-n 1（或十）1V H或D总结：基本思维方法是：依据描述气体状态的宏观物理量（m、p、V、T）与表示气体分子运动状态的微观物理量（N、n、v）间的相关关系，从气体实验定律成立的条件所述的 宏观物理量（如 m一定和T不变）推出相关不变的微观物理量（如 N一定和v不变）

6、，再根 据宏观自变量（如 V）的变化推出有关的微观量（如 n）的变化，再依据推出的有关微观量（如v和n）的变与不变的情况推出宏观因变量（如 p）的变化情况，结论是否与实验定律 的结论相吻合。若吻合则实验定律得到了微观解释。2 .用分子动力论解释查理定律：一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积 内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时，其分子运动的平均速率（ v）也增大， 则气体压强（p）也增大；反之当温度（T）降低时，气体压强（p）也减小。这与查理定律 的结论一致。用符号简易表示为：m 一定一定I>0不变$不变3 .用气体分子动理论解释盖 吕

7、萨克定律：一定质量（m）的理想气体的总分子数（N）是一定的，要保持压强（p）不变，当温度（T）升高时，全体分子运动的平均速率 v会增加，那么单位体积内的分子数（ n） 一定要减 小（否则压强不可能不变），因此气体体积（V） 一定增大；反之当温度降低时，同理可推 出气体体积一定减小。这与盖吕萨克定律的结论是一致的。用符号简易表示为：m 一定一定T f I）*- y +（或 4 ）能力创新思维例1. 一位同学用橡皮帽堵住了注射器前端的小孔，用活塞封闭了一部分空气在注射器中，他把注射器竖直放入热水中 （如图所示），发现 注射器的活塞向上升起.试用分子动理论解释这个现象.解析：由题意可知，在实验过程中

8、封闭的气体压强保持不变.当注射器放入热水中时，气体的温度升高，分子的平均速率增大了，要保持压强不 变，只有使一定时间内撞击单位面积容器壁的分子数减少，也就是使 气体分子密集程度减小，即气体的体积增大。所以活塞将向上升起.拓展：用分子动理论，解释气体压强、温度和体积的关系这类问题，要抓住压强的微观解释， 从压强的微观解释入手。压强是单位时间内撞击单位面积容器壁的分子对容器壁的总冲力，分子的平均冲力的宏观表现是由温度，分子的密集程度由质量和体积决定。这样就建立了宏观与微观的联系。例2:对于一定量的理想气体，下列四个论述中正确的是（）A.当分子热运动变剧烈时，压强必变大B.当分子热运动变剧烈时，压强

9、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，压强必变小解析：一定质量的理想气体的压强 ，微观上是由分子热运动的平均动能和单位体积内的分子数（即选项中的分子平均距离）这两个因素共同决定本题的正确选项是 B.拓展对于一定质量的气体来说，下列说法正确的是（）A.若保持体积不变而温度升高，则压强一定增大B.若保持压强不变而体积减小，则温度一定升高C.若将该气体密闭在绝热容器里，则压缩气体时气体的温度一定升高D.可以在体积、温度、压强这三个物理量中只改变一个解析 气体的体积不变，说明单位体积内的分子数（即分子密集程度）不变，温度升高，气体分子无规则运动加剧，由气体压强的

10、彳观解释可知，压强增大，所以 A正确；体积减小，则分子密集程度减小，而压强没有增大，说明气体的温度降低了，所以B错；如果容器是绝热的，则气体就无法和外界热交换，此时压缩气体对气体做功，由热力学第一定律可知， 气体内能增加，温度升高，所以 C正确；根据气体压强产生的微观原因可知，对于一定质量的气体来说，在体积、温度、压强这三个物理量中，如果一个发生了改变，其他两个至少有一个必定会同时改变，所以 D错。答案：AC拓展下列情况可能发生的是（）A .气体体积增大，压强减小，温度不变B.气体体积增大，压强增大，温度降低C.绝热容器中的气体被压缩后温度不变D.绝热容器中的气体膨胀后温度降低解析：答案为：A

11、D例3:如图所示，一定质量的理想气体由状态 A经过图所示过程变到状态 B,在此过程中气 体的密度（）A . 一直变小8. 一直变大C.先变小后变大D.先变大后变小解析：题干所给的是一定质量白理想气体由状态A变化到状态B所经历的过程在 p-T图上得到的过程曲线。由图像可知，在变化过程中，气体的压强一直变小，而温度一直变大。对 于一定质量的理想气体，压强变小时，体积可能变大；温度升高时，体积也可能变大。当压 强变小、温度升高两个因素同时存在时，体积只能变大。质量一定的理想气体在体积变大时密度变小。所以选项 A正确。拓展：一定质量的理想气体，在经过等压膨胀、等容降温、等压压缩、等容升温四个过程后 回

12、到初始状态，它是吸热还是放热？解析：解法一：由于一定质量的理想气体的内能是否变化决定于温度是否发生了变化，所以经过一个循环后回到初始状态，内能不变，即AU=0o由热力学第一定律 AU = W+Q可知，它是吸热还是放热，取决于外界对它的做功情况。以下对在每个过程中外界对气体做功W的情况逐个分析：等压膨胀：气体压强为 pi,体积增大了 W”则Wi=- P1AV1；等容降温：体积不变，所以 W2=0。等压压缩：气体压强为 P2,体积减小了 川2,则W3=P22W2。等容升温：体积不变，所以 W4=0o外界对气体做的总功为 w= Wi+W2+W3+W4= pi Wi + P2AV2 由于P1>P

13、2, AV1 = AV2,所以 W<0,代入AU = W+Q得Q>0,即气体吸热。解法二：用图线直观地反应气体的状态变化。对本题作P-V图线如图所示，气体从 A状态经过一个循环回到状态 A。由P V图线可以看出，在等温膨胀过 程A B中，气体对外做的功等于矩形 ABFE的面积；在等压压 缩过程CD中，外界对气体所做的功等于矩形CDEF的面积。整个循环气体对外做的功等于矩形ABCD的面积。气体内能不变，对外做功，必然吸热。而且气体所吸收的热量也等于矩形ABCD的面积。能力提升训练课堂练习1 .气体比固体、液体容易被压缩，是因为A.气体分子之间有很大的空隙B.气体分子之间有相互作用的引

14、力C.气体分子的体积比固体、液体的分子小D.气体分子比固体、液体的分子有弹性2 .密封在容器中的气体的压强（）A.是由气体受到重力所产生的B.是由气体分子间的相互作用力（吸引和排斥）产生的C.是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的D.当容器自由下落时将减小为零3 . 一定质量的气体，在压强不变的条件下，体积增大.则气体分子的平均动能（）A.增大B.减少C.不变D.条件不足，无法判断4 .关于理想气体的下列说法中正确的是（）A.温度升高，气体分子的平均动能增大B.温度相同时，各种气体分子的平均速率都相同C.温度相同时，各种气体分子的平均平动动能相同D.温度升高时，气体分子的平均动量减小课后练习5 .从分子运动论的观点来看，气体的压强是气体中大量分子对器壁的 而形成的，它 决定于气体分子 的剧烈程度与 内的气体分子数.6 . 一定质量的理想气体，经历等温压缩时，气体压强增大，从分子运动论的观点来分析，这是因为：（1）,（2）。7 .给自行车胎打气，使其达到所需要的压强，问在夏天和冬天，打入胎内的空气的质量是 否相同？为什么？8 .如果一个容器内空气十分稀薄，以至于每立方米体积中只有几万或几十万个气体分子, 则器壁受到气体的压强（）A.将很小，且时大时小部均匀8 .将很小，但仍然是均匀的C.将很大，且时大时小部均匀D.将