2024-2025学年高中物理第八章气体4气体热现象的微观意义学案新人教版选修3-3

PAGE7-气体热现象的微观意义一、气体分子运动的特点1．从微观角度看，物体的热现象是由大量分子的热运动所确定的，尽管个别分子的运动有它的不确定性，但大量分子的运动状况会遵从肯定的统计规律．2．分子做无规则运动，速率有大有小，由于分子间频繁碰撞，速率又将发生变更，但分子的速率都呈现“中间多，两头少”的分布规律．这种分子整体所体现出来的规律叫统计规律．3．气体分子运动的特点(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几乎相等．(2)气体分子速率分布表现出“中间多、两头少”的分布规律．温度上升时，速率大的分子数目增加，速率小的分子数目削减，分子的平均速率增大．4．温度是分子平均动能的标记．在生活中我们常常见到这样的实例：无风的下雨天，雨滴不断地打到雨伞上，感到雨伞受到持续的压力；把大量的钢珠倾倒在台秤秤盘上，会发觉秤盘的指针会指在一个位置，表明秤盘受到基本恒定的作用力．大量气体分子无规则热运动频繁碰撞器壁，是否也会产生持续压力呢？提示：大量的气体分子做无规则的热运动，会与器壁频繁地碰撞，从而产生持续的压力，即产生压强，这是气体压强产生的微观缘由．二、气体压强的微观意义1．产生缘由：气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生的．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．气体压强的确定因素：从微观角度来看，一个是分子的平均动能，一个是分子的密集程度．三、对气体试验定律的微观说明1．玻意耳定律：肯定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变，体积减小时，分子的密集程度增大，气体的压强就增大．2．查理定律：肯定质量的气体，体积保持不变时，分子密集程度保持不变，温度上升时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大．3．盖—吕萨克定律：肯定质量的气体，温度上升时，分子平均动能增大，只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变．考点一对气体压强的理解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、匀称的压力．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．确定气体压强大小的因素(1)微观因素①气体分子的密集程度：气体分子的密集程度(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：气体的温度高，气体分子的平均动能就大，每个气体分子与器壁碰撞时(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．【例1】关于地球表面的大气压强，甲说：“这个压强就是地面每平方米面积上方的整个大气柱的压力，它等于该气柱的重力”，乙说“这个压强是由地面旁边那些做无规则运动的空气分子对每平方米地面的碰撞造成的”，丙说“这个压强既与地面上方单位体积内气体分子数有关，又与地面旁边的温度有关”，你认为()A．只有甲对 B．只有乙对C．只有丙对 D．三种说法都有道理本题结合大气压强的产生给出了多种评述，要从大气压强产生的宏观因素和微观因素全面进行分析．【解析】从宏观上说，大气压的定义为：从地球表面延长至高空的空气重量，使地球表面旁边的物体单位面积上所受的力称为“大气压强”；从观微上看，因为气体是由大量的做无规则运动的分子组成的，而这些分子必定要对浸在空气中的物体不断地发生碰撞，大量空气分子持续碰撞的结果就体现为大气对物体表面的压力，从而形成大气压．若单位体积中含有的分子数越多，分子的平均动能越大，则相同时间内空气分子对物体表面单位面积上碰撞的压力越大，因而产生的压强也就越大．但由于空气分子处在不停的热运动中，假如没有了重力的作用，因为大气是开放的，空气分子必将因热运动而扩散到整个宇宙空间之中，致使分子数密度趋于零，从而大气压强也失去了意义．也就是说，无重力，就无大气压强，所以重力的作用是大气压产生的外因，而空气分子的热运动是产生大气压的根本缘由．【答案】D总结提能地面大气压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．气体的压强是由于气体分子的下列哪种缘由造成的(B)A．气体分子间的作用力 B．对器壁的碰撞力C．对器壁的排斥力 D．对器壁的万有引力解析：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，故B选项正确．考点二气体试验定律的微观说明1．玻意耳定律(1)宏观表现：肯定质量的某种志向气体，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)微观说明：温度不变，分子的平均动能不变．体积越小，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：肯定质量的某种志向气体，在体积保持不变时，温度上升，压强增大；温度降低，压强减小．(2)微观说明：体积不变，则分子密度不变，温度上升，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：肯定质量的某种志向气体，在压强不变时，温度上升，体积增大，温度降低，体积减小．(2)微观说明：温度上升，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．【例2】(多选)对肯定质量的志向气体，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肯定增大B．温度不变，压强减小时，气体的密度肯定减小C．压强不变，温度降低时，气体的密度肯定减小D．温度上升，压强和体积都可能不变对气体试验定律的说明要紧紧围绕确定气体压强的两个因素：气体分子的密度与分子平均动能进行分析探讨．【解析】依据气体压强、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，气体的密度减小，B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密度增大，C错；温度上升，压强、体积中至少有一个发生变更，D错．【答案】AB总结提能对气体试验定律的微观说明：对肯定质量的气体．等温变更：温度不变，分子的平均动能不变，若体积增大，则分子的密度减小，与单位面积撞击的分子数削减，故压强减小．等压变更：当温度上升时，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．等容变更：气体的体积不变，则气体分子的密度保持不变，当温度上升时，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．(多选)肯定质量的志向气体处于平衡状态Ⅰ，现设法使其温度降低而压强上升，达到平衡状态Ⅱ，则(BC)A．状态Ⅰ时气体的密度比状态Ⅱ时的大B．状态Ⅰ时分子的平均动能比状态Ⅱ时的大C．状态Ⅰ时分子间的平均距离比状态Ⅱ时的大D．状态Ⅰ时每个分子的动能都比状态Ⅱ时的分子平均动能大解析：依据肯定质量志向气体的状态方程eq\f(pV,T)＝C知，T降低、p增大，V肯定减小，气体密度增大，故A错，C对．因状态Ⅰ时温度高，故分子的平均动能大，B对．分子的平均动能是对大量分子动能进行统计的结果，对单独一个分子的动能大小毫无意义，故D错．常见误区例析对气体试验定律微观相识上的三个误区误区1：误认为温度上升时，每个气体分子的速率都会增大．产生误区的缘由是没有正确理解分子速率的分布规律及其与温度的关系，温度上升时，分子平均速率增大，但并不是每个分子的速率都增大，一部分气体分子的速率可能减小．误区2：误认为气体的压强与大气压强都与重力有关．其缘由是没有正确理解气体的压强和大气压强二者的确定因素不同，前者由分子密度和分子平均动能共同确定，后者由地球表面的大气层所受的重力确定．误区3：误认为气体的三个状态参量中，可以只有一个发生变更，另外两个可能不变．这是由于没有正确理解确定三个状态参量的微观因素间的关系，对肯定质量的志向气体来说，分子密度和分子平均动能两个量中，只有一个变更时，都会导致压强变更，因此描述气体的三个状态参量变更时，至少有两个同时发生了变更．【典例】(多选)密闭的汽缸内有肯定质量的气体，假如保持气体体积不变，当温度上升时，以下说法正确的是()A．单位体积内的分子数增大B．气体的压强增大C．气体分子的平均动能减小D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多【解析】通过以下表格进行逐项分析：A肯定质量的气体体积不变，分子总数不变，单位体积内的气体分子数n＝eq\f(N,V)不变×B体积不变时，由于温度上升，依据查理定律可知，气体压强增大√C温度是分子平均动能的标记，温度上升，分子平均动能增大×D体积不变时，分子密度不变，由于温度上升，分子平均速率增大，故每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多√【答案】BD1．下列说法正确的是(B)A．肯定质量的气体，保持温度不变，压强随体积减小而增大的微观缘由是：每个分子撞击器壁的作用力增大B．肯定质量的气体，保持温度不变，压强随体积增大而减小的微观缘由是：单位体积内的分子数削减C．肯定质量的气体，保持体积不变，压强随温度上升而增大的微观缘由是：每个分子动能都增大D．肯定质量的气体，保持体积不变，压强随温度上升而增大的微观缘由是：分子的密度增大2．下图是氧气分子在不同温度(0℃和100℃)下的速率分布，由图可得信息(A)A．同一温度下，氧气分子呈现出“中间多，两头少”的分布规律B．随着温度的上升，每一个氧气分子的速率都增大C．随着温度的上升，氧气分子中速率小的分子所占的比例高D．随着温度的上升，氧气分子的平均速率变小解析：温度上升，分子的平均动能增大，质量不变，分子的平均速率增大，每个分子的速率不肯定增大，A正确，B、C、D错误．3．(多选)甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p甲、p乙．且p甲<p乙，则(BC)A．甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度B．甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度C．甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体分子的平均动能D．甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体分子的平均动能解析：甲乙两种气体分子密集程度相同，但压强p甲<p乙，说明甲气体分子平均动能小于乙气体分子平均动能，即甲的温度低．4．(多选)图(a)为测量分子速率分布的装置示意图．圆筒绕其中心匀速转动，侧面开有狭缝N，内侧贴有记录薄膜，M为正对狭缝的位置．从原子炉R中射出的银原子蒸汽穿过屏上S缝后进入狭缝N，在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上．绽开的薄膜如图(b)所示，NP和PQ间距相等．则(AC)A．到达M旁边的银原子速率较大B．到达Q旁边的银原子速率较大C．位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率D．位于PQ区间的分子百分率小于位于NP区间的分子百分率解析：依据分子速率分布规律“