物理人教版选修3-3学案课堂探究第八章第四节气体热现象的微观意义

课堂探究探究一统计规律与气体分子运动的特点问题导引1．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？提示：(1)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。(2)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。2．结合教材中提供的“氧气分子在0℃和100℃时的速率分布图象”想一想，如何理解“温度是分子平均动能的标志”？氧气分子的速率分布图象提示：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。名师精讲1．统计规律(1)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)具体表现：①气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等。②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。③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。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分子器壁内的任何空间，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。(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。【例题1】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。按速率大小划分的区间(m/s)各速率区间的分子数占总分子数的百分比(%)0℃100℃100以下100～200200～300300～400400～500500～600600～700700～800800～900900以上依据表格内容，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，B错误；由气体分子运动的特点和统计规律可知，A、C、D描述正确。答案：ACD题后反思熟悉一定温度下，气体分子的速率分布规律是正确处理本题的关键。气体分子的速率分布有如下特点：(1)在一定温度下，所有气体分子的速度都呈“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。探究二气体压强的微观意义与对气体实验定律的微观解释问题导引1．把一张硬纸片轻轻地盖在一个空杯子的杯口上(如图所示)，被封闭在杯内的空气质量比杯外空气的质量小得多，杯内空气的压强与外界大气压强是否相等？为什么？提示：由于杯内、外空气分子的密集程度和平均动能都相同，所以杯内空气的压强与外界大气压强相等。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。名师精讲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。2．气体压强的决定因素(1)微观因素：①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。②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。(2)宏观因素：①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。②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：①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。②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。【例题2】两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装有与容器容积等体积的水，乙中充满空气，试问：(1)两容器侧壁压强的大小决定于哪些因素？(容器容积恒定)(2)若让两容器同时做自由落体运动，容器侧壁上所受压强将怎样变化？解析：(1)对甲容器，上壁的压强为零，底面的压强最大，其数值为p＝ρgh(h为上下底面间的距离)。侧壁的压强自上而下，由小变大，其数值大小与侧壁上各点距水面的竖直距离x的关系为p＝ρgx。对乙容器，各处器壁上的压强大小都相等，其大小决定于气体的密度和温度。(2)甲容器做自由落体