气体热现象的微观意义

8.4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_______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不随机事件二、气体分子运动的特点1.运动的自由性:由于气体分子间的距离比较大,分子间作用力很弱。通常认为,气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力而做_____________,因而气体会充满它能达到的整个空间。2.运动的无序性:分子的运动杂乱无章,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。匀速直线运动任何一个方向相等三、气体温度的微观意义1.温度越高,分子的热运动_______。2.气体分子速率呈“_______、_______”的规律分布。3.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成正比,即________,表明_____是分子平均动能的标志。四、气体压强的微观意义1.气体压强是大量气体分子___________器壁而产生的。2.影响气体压强的两个因素:(1)气体分子的_________;(2)分子的_________。越激烈中间多两头少温度频繁地碰撞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:一定质量的某种理想气体,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:一定质量的某种理想气体,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:一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的_________增大。只有气体的体积同时增大,使分子的_________减小,才能保持压强不变。平均动能密集程度密集程度平均动能平均动能密集程度1.判一判(1)气体能够充满它能到达的空间是由于分子间的作用力很弱,可以忽略不计。()(2)“温度越高,分子的热运动越激烈”是指温度升高时,所有分子运动的速率都增大。()(3)气体压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。()(4)一定质量的理想气体,在体积减小时,压强一定增大。()提示：(1)√。气体分子间距离较大,分子间的作用力可以忽略不计,所以气体能够充满它能到达的空间。(2)×。“温度越高,分子的热运动越激烈”是指温度升高时,分子运动的平均速率增大,并不一定是每个分子的速率都增大。(3)√。气体压强产生的微观原因是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。(4)×。一定质量的理想气体,体积减小,气体分子的密集程度增大,但气体分子的平均动能可能减小,压强也不一定增大。2.想一想能否用雨滴撞击伞面时影响压力(压强)大小的因素来比拟说明影响气体压强的因素?提示：能。雨滴撞击伞面时压力(压强)大小与单位时间内落在伞面上的雨滴数有关,雨滴数量越多,压力(压强)越大;另外还与雨滴的质量大小、速度大小即与雨滴动能大小有关,动能越大,压力(压强)越大;气体压强同上面的原理相似,压强大小与分子平均动能和密集程度有关。主题一探究气体分子运动的特点1.少量分子的运动是杂乱无章的,但大量分子的运动遵从统计规律,你能总结出气体分子运动的特点吗?提示：(1)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。(2)气体分子速率分布表现出“中间多,两头少”的分布规律。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。2.结合“氧气分子在0℃和100℃时的速率分布图像”,讨论,如何理解“温度是分子平均动能的标志”?提示：当温度升高时,分子热运动加剧,同时“中间多”的这一高峰向速率大的一方移动,即大量分子的平均速率增大,分子平均动能增大,所以说温度是分子平均动能的标志。3.根据你对气体分子运动特点的认识,你能否设想一下气体分子的微观模型是怎样的?提示：气体分子间距离大(约为分子直径的10倍),分子力小(可忽略),因此气体没有一定的形态和体积,会充满它能达到的整个空间,所以气体分子可以看作没有相互作用力的质点。【知识点睛】气体分子速率分布规律(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。【规律方法】(1)温度是理想气体内能的标志:由于理想气体分子间没有相互作用力,分子势能为零,内能等于分子总动能,又理想气体热力学温度T正比于分子的平均动能即T∝因而对理想气体来说温度是内能的标志,根据温度的变化情况就能确定气体内能的变化。(2)对“气体分子向各个方向运动的数目都相等”的理解:“向各个方向运动的气体分子数目相等”是针对大量分子说的,实际数目会有微小差别,由于分子数极多,其差别完全可以忽略。【典例1】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【解题探究】(1)气体分子运动具有_______、_______、_______。(2)分子的平均动能是对_____分子而言的,对_____分子无意义。【解析】选B、D。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,A、C错,B对;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,D对。自由性无序性高速性大量少数【变式训练】(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,气体分子之间的距离是变化的,D错。主题二气体压强的微观意义1.尝试用分子动理论的观点来解释气体压强产生的原因。提示：大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续的碰撞产生气体的压强,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。2.试从宏观和微观的角度来分析影响气体压强大小的因素有哪些。提示：宏观因素:(1)与温度有关:温度越高,气体的压强越大;(2)与体积有关:体积越小,气体的压强越大。微观因素:(1)气体分子的密集程度:气体分子密集程度大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就多,气体的压强越大;(2)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。【知识点睛】气体压强问题的解题思路(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。【误区警示】气体压强和大气压的区别(1)密闭容器中由于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,大小由气体的体积和温度决定,与地球引力无关。(2)大气压强是由于空气受到重力作用而对浸在其中的物体产生的压强,如果没有地球引力作用,地球表面就没有大气,也就没有大气压强。【典例2】对于一定质量的理想气体,下列叙述中正确的是()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【解题探究】从微观角度看,气体的压强是由气体分子的__________和单位体积里气体_______共同决定的,不能单方面作出压强变化的结论。平均动能分子数【解析】选B。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。【变式训练】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】选B。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。容器运动速度的大小对气体压强的大小没有影响,故只有B项正确。主题三对气体实验定律的微观解释1.试回顾玻意耳定律的内容,并尝试从微观角度解释玻意耳定律。提示：一定质量的气体,在温度保持不变时,压强p与体积V成反比。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;体积增大时,分子的密集程度减小,气体的压强就减小。这就是玻意耳定律的微观解释。2.试回顾查理定律的内容,并尝试从微观角度解释查理定律。提示：一定质量的气体,在体积保持不变时,压强p与热力学温度T成正比。一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的密集程度就不变。在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强就增大;温度降低时,分子的平均动能减小,气体的压强就减小。这就是查理定律的微观解释。3.试回顾盖—吕萨克定律的内容,并尝试从微观角度解释盖—吕萨克定律。提示：一定质量的气体,在压强不变的情况下,其体积V与热力学温度T成正比。一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的平均动能增大;只有体积同时增大,使分子的密集程度减小,才能保持压强不变。这就是盖—吕萨克定律的微观解释。【知识点睛】(1)对气体实验定律的微观解释:①用气体分子动理论简易解释玻意耳定律:②用气体分子动理论简易解释查理定律:③用气体分子动理论简易解释盖-吕萨克定律:(2)气体三个状态参量的变化情况的微观分析:从微观的角度分析一定质量的理想气体的压强、体积和温度,不可能只有一个状态参量发生变化。原因分析如下:决定气体压强的两个因素是气体分子的密集程度和分子的平均动能。体积和温度不变