第4章-第2節(jié) 氣體實驗定律的微觀解釋

1、.第2節(jié)氣體實驗定律的微觀解釋學 習 目 標知 識 脈 絡1.知道理想氣體的特點重點2.知道氣體壓強產(chǎn)生的原因和決定壓強的因素重點3.會用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體實驗定律難點理 想 氣 體1定義：嚴格遵從3個實驗定律的氣體2理想氣體的壓強1從分子動理論和統(tǒng)計觀點看，理想氣體的壓強是大量氣體分子不斷碰撞容器壁的結(jié)果，氣體的壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力2微觀上，理想氣體壓強與單位體積的分子數(shù)和分子的平均動能有關(guān)3宏觀上，一定質(zhì)量的理想氣體壓強與體積和溫度有關(guān)3理想氣體的內(nèi)能1由于理想氣體分子除了碰撞外，分子間沒有互相作用力，因此理想氣體不存在分子勢能，其內(nèi)能只是所有分子

2、熱運動動能的總和2微觀上，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅跟分子的平均動能有關(guān)3宏觀上，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅跟溫度有關(guān)，而與體積無關(guān)1理想氣體分子間沒有作用力，故不存在分子勢能2理想氣體溫度升高時其內(nèi)能不一定增大3密閉容器內(nèi)氣體的壓強是由于氣體分子碰撞容器壁產(chǎn)生的把一只充足氣的氫氣球由溫度低的地方拿到溫度高的地方時容易爆裂，這是為什么呢？圖421【提示】氣體溫度升高，氣體分子平均動能增大，氣體分子對氫氣球的撞擊力增大，壓強增大討論1：為了使氣體在任何溫度、壓強下都遵從實驗定律，引入了理想氣體的概念，試分析實際氣體在什么條件下可以當成理想氣體【提示】實際氣體在溫度不低于零下幾十攝氏度、壓強不超過

3、大氣壓的幾倍時，可以當成理想氣體來處理討論2：理想氣體存在嗎？【提示】理想氣體是一個“理想模型，實際并不存在1理想氣體1理想氣體是一種理想化模型，是對實際氣體的科學抽象2宏觀上：理想氣體是嚴格遵從氣體實驗定律的氣體3微觀上：理想氣體分子本身的大小與分子間的間隔 相比可以忽略不計，分子可視為質(zhì)點4從能量上看，理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子力，所以其狀態(tài)無論怎么變化都沒有分子力做功，即沒有分子勢能的變化，于是理想氣體的內(nèi)能只有分子動能，即一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能完全由溫度決定，而與氣體的體積無關(guān)2決定氣體壓強的因素1產(chǎn)生原因：大量做無規(guī)那么熱運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞，產(chǎn)生氣體的壓強，氣體的

4、壓強等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力2決定氣體壓強大小的因素宏觀因素：決定氣體壓強的宏觀因素有氣體的溫度和體積假設溫度不變，p；假設體積不變，pT.假設溫度和體積同時都發(fā)生變化，可根據(jù)氣體狀態(tài)方程確定氣體的壓強微觀因素：由于氣體的壓強是大量氣體分子與器壁發(fā)生頻繁的碰撞而產(chǎn)生的，所以氣體壓強的大小是由氣體分子單位時間內(nèi)在單位面積上與器壁碰撞的次數(shù)及每次碰撞時對器壁的作用力的大小共同決定的因此氣體的壓強在微觀上由氣體分子的密度和氣體分子的平均動能共同決定3理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律的關(guān)系1對一定質(zhì)量的理想氣體，以下狀態(tài)變化中可能的是A使氣體體積增加而同時溫度降低B使氣體溫度升高

5、，體積不變，壓強減小C使氣體溫度不變，而壓強、體積同時增大D使氣體溫度降低，壓強減小，體積減小E使氣體體積不變，溫度升高，壓強增大【解析】對于理想氣體，滿足公式C.假設體積增加而溫度降低，只要壓強也變小，公式就成立，A選項是可能的；假設溫度升高，體積不變，壓強應是變大的，B選項是不可能的；假設溫度不變，壓強與體積成反比，不可能同時增大，C選項不可能；溫度降低，壓強減小，體積可能減小，可能變大，D選項可能；等容變化時，溫度升高，壓強增大，E是可能的【答案】ADE2關(guān)于氣體的說法中，錯誤的選項是A由于氣體分子運動的無規(guī)那么性，所以密閉容器的器壁在各個方向上的壓強可能會不相等B氣體的溫度升高時，所有

6、的氣體分子的速率都增大C一定質(zhì)量的氣體其體積不變，氣體分子的平均動能越大，氣體的壓強就越大D氣體的分子數(shù)越多，氣體的壓強就越大E分子數(shù)密度越大，平均動能越大，那么氣體的壓強越大【解析】由于氣體分子運動的無規(guī)那么性，遵循統(tǒng)計規(guī)律，氣體分子向各個方向運動的數(shù)目相等，器壁各個方向上的壓強相等，A錯；氣體的溫度升高，氣體分子的平均速率增大，并非所有分子的速率都增大，B錯；一定質(zhì)量的氣體其體積不變，即分子密集程度一定，分子的平均動能越大，氣體的壓強就越大，C正確；氣體的壓強大小取決于分子密集程度及分子的平均動能，氣體的分子數(shù)目多，壓強不一定就大，D錯，E對【答案】ABD3我國“蛟龍?zhí)柹詈Ｌ綔y船載人下潛超

7、過7 000 m，再創(chuàng)載人深潛新紀錄在某次深潛實驗中，“蛟龍?zhí)柼綔y到990 m深處的海水溫度為280 K某同學利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化如圖422所示，導熱良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0300 K，壓強p01 atm，封閉氣體的體積V03 m3.假如將該氣缸下潛至990 m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體求990 m深處封閉氣體的體積1 atm相當于10 m深的海水產(chǎn)生的壓強. 【導學號：30110043】圖422【解析】當氣缸下潛至990 m時，設封閉氣體的壓強為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p100 atm根據(jù)理想氣體狀

8、態(tài)方程得代入數(shù)據(jù)得V2.8102 m3.【答案】2.8102 m3用微觀理論斷定壓強變化的方法1根據(jù)條件斷定分子的密度是否發(fā)生變化2根據(jù)條件斷定分子的平均動能是否發(fā)生變化3比較斷定每秒內(nèi)單位面積上分子作用于容器壁的力是否發(fā)生變化4明確常用說法溫度的微觀常用說法是分子的平均動能、分子熱運動的劇烈程度、分子運動的平均速率等；體積的微觀常用說法是分子密度、分子之間的間隔 通過各個微觀量來反映氣體的實驗定律對 氣 體 實 驗 定 律 的 微 觀 解 釋1玻意耳定律一定質(zhì)量的理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是一定的在這種情況下，體積減小時，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，氣體的壓強增大2查理定律一定質(zhì)量

9、的理想氣體，體積保持不變時，單位體積內(nèi)的分子數(shù)保持不變在這種情況下，溫度升高時，分子的平均動能增大，氣體的壓強也增大3蓋呂薩克定律一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高時，分子的平均動能增大只有氣體的體積同時增大，使單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，才可能保持壓強不變1溫度升高時，分子平均動能增大2單位體積內(nèi)分子數(shù)增多，氣體壓強一定增大3理想氣體溫度升高時，其壓強一定增大把小皮球拿到火爐上面烘烤一下，它就會變得更硬一些假設忽略球的體積的變化你有這種體驗嗎？你怎樣解釋這種現(xiàn)象？【提示】小皮球內(nèi)單位體積的氣體分子數(shù)沒發(fā)生變化，把小皮球拿到火上烘烤，意味著球內(nèi)氣體分子的平均動能變大，故氣體的壓強增大，球變得比原來硬一些

10、討論1：一定質(zhì)量的氣體發(fā)生狀態(tài)變化時，從微觀上看，哪些物理量發(fā)生了變化？【提示】從微觀上看，氣體狀態(tài)的變化主要由分子的密集程度和分子平均動能的變化來表達討論2：嘗試從微觀角度解釋玻意耳定律【提示】一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是一定的在這種情況下，體積減小時，分子的密集程度增大，氣體的壓強就增大；體積增大時，分子的密集程度減小，氣體的壓強就減小這就是玻意耳定律的微觀解釋1玻意耳定律1宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大；體積增大，壓強減小2微觀解釋：一定質(zhì)量m的理想氣體，其分子總數(shù)N是一個定值，當溫度T保持不變時，那么分子的平均速率v也保持不變

11、當其體積V增大為原來的幾倍時，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)n變?yōu)樵瓉淼膸追种?，因此氣體的壓強變?yōu)樵瓉淼膸追种?；反之，假設體積減小為原來的幾分之一，那么壓強增大為原來的幾倍，即壓強與體積成反比這就是玻意耳定律2查理定律1宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變時，溫度升高，壓強增大；溫度降低，壓強減小2微觀解釋：一定質(zhì)量m的氣體的總分子數(shù)N是一定的，體積V保持不變時其單位體積內(nèi)的分子數(shù)n也保持不變當溫度T升高時，其分子運動的平均速率v增大，那么氣體壓強p增大；反之，當溫度T降低時，氣體壓強p減小3蓋呂薩克定律1宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變時，溫度升高，體積增大；溫度降低，體積減小2微觀解釋

12、：一定質(zhì)量m的理想氣體的總分子數(shù)N是一定的，要保持壓強p不變，當溫度T升高時，全體分子運動的平均速率v會增大，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)n一定要減小否那么壓強不可能不變，因此氣體體積V一定增大；反之當溫度降低時，同理可推出氣體體積一定減小4對一定質(zhì)量的理想氣體，以下說法正確的選項是A體積不變，壓強增大時，氣體分子的平均動能一定增大B溫度不變，壓強減小時，氣體的密集程度一定減小C壓強不變，溫度降低時，氣體的密集程度一定減小D溫度升高，壓強和體積都可能不變E壓強不變，溫度降低時，氣體的密集程度增大【解析】根據(jù)氣體壓強、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強增大時，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大，

13、A正確；溫度不變，壓強減小時，氣體體積增大，氣體的密集程度減小，B正確；壓強不變，溫度降低時，體積減小，氣體的密集程度增大，C錯，E對；溫度升高，壓強、體積中至少有一個發(fā)生改變，D錯【答案】ABE5.如圖423所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A沿平行于縱軸的直線變化到狀態(tài)B，那么它的狀態(tài)變化過程是 【導學號：30110044】圖423A氣體的溫度升高B氣體的內(nèi)能增加 C氣體分子的平均速率減小 D氣體分子在單位時間內(nèi)與器壁單位面積上碰撞的次數(shù)不變E氣體分子在單位時間內(nèi)與器壁單位面積上碰撞的次數(shù)增加【解析】從pV圖象中的AB圖線看，氣體狀態(tài)由A變到B為等容升壓，根據(jù)查理定律，壓強跟熱力學溫度成正比，