教學設(shè)計完整版：氣體熱現(xiàn)象的微觀意義

氣體熱現(xiàn)象的微觀意義教學設(shè)計●課標要求用分子動理論和統(tǒng)計觀點解釋氣體壓強和氣體實驗定律?！裾n標解讀1．知道氣體分子的運動特點，知道氣體分子的運動遵循統(tǒng)計規(guī)律。2．知道氣體壓強的微觀意義。3．知道三個氣體實驗定律的微觀解釋。●教學地位本節(jié)主要從微觀上認識氣體分子運動的特點、氣體壓強的微觀意義、氣體實驗定律的微觀解釋等內(nèi)容，學習本節(jié)內(nèi)容，可以開拓學生的視野，由宏觀世界進入微觀世界。高考中偶爾涉及這部分內(nèi)容。●新課導入建議在生活中我們經(jīng)常見到這樣的實例：無風的下雨天，雨滴不斷地打到雨傘上，感到雨傘受到持續(xù)的壓力，把大量的鋼珠傾倒在臺秤秤盤上，會發(fā)現(xiàn)秤盤的指針會指在一個位置，表明秤盤受到基本恒定的作用力。大量氣體分子無規(guī)則熱運動頻繁碰撞器壁，是否也會產(chǎn)生持續(xù)壓力呢？●教學流程設(shè)計eq\x(\a\al(課前預(yù)習：,1.閱讀本節(jié)教材；,2.填寫【課前自主導學】))?eq\x(\a\al(步驟1：,導入新課：由雨點對雨傘的撞擊產(chǎn)生持續(xù)壓力導入))?eq\x(\a\al(步驟2：,老師提問，檢查預(yù)習效果，并組織討論交流))?eq\x(\a\al(步驟3：,師生互動完成“探究1”讓學生了解氣體分子運動特點和統(tǒng)計規(guī)律))?eq\x(\a\al(步驟4：,師生互動完成“探究2”總結(jié)氣體壓強的微觀原因))?eq\x(\a\al(步驟5：,例題講解從微觀上分析氣體問題))eq\x(\a\al(步驟6：,師生互動完成“探究3”總結(jié)解題規(guī)律方法))?eq\x(\a\al(步驟7：,學生練習，完成【當堂雙基達標】))?eq\x(\a\al(步驟8：,課堂小結(jié)，總結(jié)本節(jié)內(nèi)容，老師布置【課時作業(yè)】))?課標解讀重點難點1.了解氣體分子運動的特點：分子沿各個方向運動的機會均等，分子速率按一定規(guī)律分布。2.能用氣體分子動理論解釋氣體壓強的微觀意義，知道氣體的壓強、溫度、體積與所對應(yīng)的微觀物理量間的相互聯(lián)系。3.能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律。1.氣體壓強的微觀意義。(重點)2.氣體實驗定律的微觀解釋。(重點)3.用氣體壓強的微觀意義及氣體實驗定律的微觀解釋解答有關(guān)問題。(難點)知識1氣體分子運動的特點和統(tǒng)計規(guī)律1．基本知識(1)氣體分子運動的特點氣體分子都在永不停息地做無規(guī)則運動，每個分子的運動狀態(tài)瞬息萬變，每一時刻的運動情況完全是偶然的、不確定的。(2)氣體分子速率的分布規(guī)律①圖象圖8－4－1②規(guī)律：在一定溫度下，不管個別分子怎樣運動，氣體的多數(shù)分子的速率都在某個數(shù)值附近，表現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律。當溫度升高時，“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律不變，氣體分子的速率增大，分布曲線的峰值向速率大的一方移動。2．思考判斷(1)氣體每個分子的運動都遵守一定的規(guī)律。(×)(2)熱現(xiàn)象與大量分子熱運動的統(tǒng)計規(guī)律有關(guān)。(√)(3)氣體溫度升高時，氣體每個分子的速率都增大。(×)3．探究交流氣體的溫度升高時，所有氣體分子的速率都增大嗎？【提示】溫度升高時，氣體分子的平均速率增大，但有可能個別分子的速率變?。聦嵣希瑢τ谀硞€氣體分子來說，其速率大小是時刻在變化的，并且也是無法確定的。知識2氣體壓強的微觀意義1．基本知識(1)產(chǎn)生原因氣體的壓強是由氣體中大量做無規(guī)則熱運動的分子對器壁頻繁持續(xù)的碰撞產(chǎn)生的.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)從微觀角度來看，氣體壓強的決定因素一個是氣體分子的平均動能，一個是分子的密集程度。2．思考判斷(1)氣體的壓強是由氣體受到的重力產(chǎn)生的。(×)(2)氣體的壓強是由氣體分子間的相互作用(引力和斥力)產(chǎn)生的。(×)(3)氣體的壓強是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁產(chǎn)生的。(√)3．探究交流能否用雨滴撞擊傘面時影響壓力(壓強)大小的因素來比擬說明影響氣體壓強的因素？【提示】能。雨滴撞擊傘面時壓力(壓強)大小與單位時間內(nèi)落在傘面上的雨滴數(shù)有關(guān)，雨滴數(shù)越多，壓力(壓強)越大；另外還與雨滴質(zhì)量大小、速度大小即與雨滴動能大小有關(guān)，動能越大，壓力(壓強)越大；氣體壓強同上面的原理相似，壓強大小與分子平均動能和密集程度有關(guān)。知識3對氣體實驗定律的微觀解釋1．基本知識用分子動理論可以很好地解釋氣體的實驗定律。(1)玻意耳定律一定質(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。這就是玻意耳定律的微觀解釋。(2)查理定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的密集程度保持不變。在這種情況下，溫度升高時，分子的平均動能增大，氣體的壓強就增大。這就是查理定律的微觀解釋。(3)蓋—呂薩克定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，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，使分子的密集程度減小，才能保持壓強不變。這就是蓋—呂薩克定律的微觀解釋。2．思考判斷(1)氣體溫度不變，則氣體分子平均動能不變，故氣體、壓強一定保持不變。(×)(2)氣體體積保持不變時，氣體壓強一定保持不變。(×)(3)氣體溫度升高時，氣體壓強可能減小。(√)3．探究交流從宏觀上看氣體的壓強與氣體的溫度和體積有關(guān)，從微觀上看，氣體的壓強由哪兩個因素共同決定？【提示】氣體分子的平均動能和分子的密集程度。探究1氣體分子運動特點及統(tǒng)計規(guī)律【問題導思】eq\o\ac(○,1)大量分子的無規(guī)則運動遵循什么樣的規(guī)律？eq\o\ac(○,2)大量氣體分子的速率分布有什么特點？eq\o\ac(○,3)溫度升高時對氣體分子的速率分布有何影響？1．大量分子運動的統(tǒng)計規(guī)律(1)個別事物的出現(xiàn)具有偶然因素，但大量事物出現(xiàn)的機會，卻遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律。(2)從微觀角度看，由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的，這些分子并沒有統(tǒng)一的運動步調(diào)，單獨來看，各個分子的運動都是不規(guī)則的，帶有偶然性，但從總體來看，大量分子的運動卻有一定的規(guī)律。2．如何正確理解氣體分子運動的特點(1)氣體分子距離大(約為分子直徑的10倍)，分子力小(可忽略)，可以自由運動，所以氣體沒有一定的體積和形狀。(2)分子間的碰撞十分頻繁，頻繁的碰撞使每個分子速度的大小和方向頻繁地發(fā)生改變，造成氣體分子做雜亂無章的熱運動，因此氣體分子沿各個方向運動的機會(幾率)相等。3．氣體分子速率分布特點(1)大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)中間多(占有分子數(shù)目多)兩頭少(速率大或小的分子數(shù)目少)的規(guī)律。(2)當溫度升高時，“中間多”的這一“高峰”向速率大的一方移動，即速率大的分子數(shù)目增多，速率小的分子數(shù)目減少，分子的平均速率增大，分子的熱運動劇烈，定量的分析表明理想氣體的熱力學溫度T與分子的平均動能eq\x\to(E)K成正比，即T＝aeq\x\to(E)k，因此說，溫度是分子平均動能的標志。特別提醒單個或少量分子的運動是“個性行為”，具有不確定性。大量分子運動是“集體行為”，具有規(guī)律性即遵守統(tǒng)計規(guī)律。例1(2022·上海高考)某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖8－4－2所示，圖中f(v)表示v處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率，所對應(yīng)的溫度為TⅠ，TⅡ，TⅢ，則()圖8－4－2A．TⅠ＞TⅡ＞TⅢB．TⅢ＞TⅡ＞TⅠC．TⅡ＞TⅠ，TⅡ＞TⅢD．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ【審題指導】(1)由f(v)-v圖象可以看出氣體分子速率分布曲線呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”規(guī)律。(2)當溫度升高時，分子平均動能增大，氣體分子速率“中間多”的部分向右移動?！窘馕觥繙囟仍礁叻肿訜徇\動越劇烈，分子平均動能越大，故分子平均速率越大，溫度越高，速率大的分子所占比例越多，氣體分子速率“中間多”的部分在f(v)-v圖象上向右移動．所以由圖中可看出TⅢ＞TⅡ＞TⅠ。故正確答案為B。【答案】B規(guī)律總結(jié)1．在一定溫度下，氣體分子的速率都呈“中間多、兩頭少”的分布。2．溫度越高，速率大的分子所占比例越多．這個規(guī)律對任何氣體都是適用的。應(yīng)用11859年麥克斯韋從理論上推導出了氣體分子速率的分布規(guī)律，后來有許多實驗驗證了這一規(guī)律．若以橫坐標v表示分子速率，縱坐標f(v)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是()【解析】氣體分子雖然都在做無規(guī)則的運動，但遵循統(tǒng)計規(guī)律，分子速率呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的規(guī)律，且速率接近0的分子數(shù)極少，故正確選項為D。【答案】D探究2探究氣體壓強的微觀因素【問題導思】eq\o\ac(○,1)氣體的壓強是怎樣產(chǎn)生的？eq\o\ac(○,2)從宏觀上看，氣體壓強決定于什么因素？eq\o\ac(○,3)從微觀上看，氣體壓強決定于什么因素？1．氣體壓強的產(chǎn)生單個分子碰撞器壁的沖力是短暫的，但是大量分子頻繁地碰撞器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力．所以從分子動理論的觀點來看，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．決定氣體壓強大小的因素(1)微觀因素①氣體分子的密集程度：氣體分子密集程度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)越大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就越多，氣體壓強就越大。②氣體分子的平均動能：氣體的溫度高，氣體分子的平均動能就大，每個氣體分子與器壁碰撞時(可視為彈性碰撞)給器壁的沖力就大；從另一方面講，分子的平均速率大，在單位時間內(nèi)器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就多，累計沖力就大，氣體壓強就越大。(2)宏觀因素①與溫度有關(guān)：溫度越高，氣體的壓強越大。②與體積有關(guān)：體積越小，氣體的壓強越大。特別提醒1．氣體壓強與大氣壓強不同，大氣壓強由重力產(chǎn)生，并且隨高度增大而減小。2．氣體壓強與分子的密集程度和分子的平均動能有關(guān)，而與氣體的重力無關(guān)。例2(2022·廈門高二檢測)下列說法正確的是()A．氣體對器壁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B．氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子單位時間作用在器壁上的平均作用力C．氣體分子熱運動的平均動能減小，氣體的壓強一定減小D．單位體積的氣體分子數(shù)增加，氣體的壓強一定增大【審題指導】(1)氣體壓強由大量分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生。(2)影響氣體壓強的因素有分子的密集程度和分子平均動能?！窘馕觥繗怏w壓強為氣體分子對器壁單位面積的撞擊力，故A正確；B錯誤；氣體壓強的大小與氣體分子的平均動能和氣體分子密集程度有關(guān)，故C、D錯誤。【答案】A規(guī)律總結(jié)氣體壓強的分析技巧1．明確氣體壓強產(chǎn)生的原因——大量做無規(guī)則運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞。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．明確氣體壓強的決定因素——氣體分子的密集程度與平均動能。3．只有知道了兩個因素的變化，才能確定壓強的變化，任何單個因素的變化都不能決定壓強是否變化。應(yīng)用2(2022·濟南高二檢測)教室內(nèi)的氣溫會受到室外氣溫的影響，如果教室內(nèi)上午10時的溫度為15℃，下午2時的溫度為25℃，假設(shè)大氣壓強無變化，則下午2時與上午10時相比較，房間內(nèi)的()A．空氣分子密集程度增大B．空氣分子的平均動能增大C．空氣分子的速率都增大D．空氣質(zhì)量增大【解析】溫度升高，氣體分子的平均動能增大，平均每個分子對器壁的沖力將變大，但氣壓并未改變，可見單位體積內(nèi)的分子數(shù)一定減小，故A項、D項錯誤、B項正確；溫度升高，并不是所有空氣分子的速率都增大，C項錯誤?！敬鸢浮緽探究3綜合解題方略——氣體實驗定律微觀解釋的應(yīng)用例3(2022·西安高二檢測)如圖8－4－3，噴霧器內(nèi)有10L水，上部封閉有1atm的空氣2L。關(guān)閉噴霧閥門，用打氣筒向噴霧器內(nèi)再充入1atm的空氣3L(設(shè)外界環(huán)境溫度一定，空氣可看做理想氣體)．當水面上方氣體溫度與外界溫度相等時，求氣體壓強，并從微觀上解釋氣體壓強變化的原因。圖8－4－3【審題指導】(1)噴霧器內(nèi)的空氣發(fā)生等溫過程符合玻意耳定律。(2)決定壓強的因素有兩個，本題中溫度不變，而空氣被壓縮，體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加。【規(guī)范解答】設(shè)氣體初態(tài)壓強為p1，體積為V1；末態(tài)壓強為p2，體積為V2.由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，代入數(shù)據(jù)得：p2＝atm。微觀解釋：溫度不變，分子平均動能不變，單位體積內(nèi)分子數(shù)增加，所以壓強增加?！敬鸢浮?．5atm見規(guī)范解答規(guī)律總結(jié)氣體的壓強與兩個因素有關(guān)：一是氣體分子的平均動能，二是氣體分子的密集程度。因此在判斷氣體壓強變化時必須全面地進行分析，綜合分析各種可能性。課堂小結(jié)【備課資源】大氣壓強的實質(zhì)大氣壓強的實質(zhì)是大量做無規(guī)則運動的空氣分子與器壁之間不斷碰撞而產(chǎn)生的，由于空氣分子向各個方向碰撞的幾率相等，所以就大氣中的某一點而言，向著各個方向的大氣壓強也都相等．根據(jù)分子動理論，我們可得出該點的壓強與單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)和分子的平均動能有關(guān)。由于氣體分子的平均動能與氣體的絕對溫度成正比，當溫度不變時，氣體的壓強只與單位體積內(nèi)的分子數(shù)成正比，至于說大氣壓強隨高度的變化，那主要是由于重力的影響使大氣中空氣分子的分布上疏下密所造成的。如果溫度不變，大氣壓強將隨高度的增加而遞減。有人會問，既然大氣壓強的實質(zhì)是因大量空氣分子相互碰撞而產(chǎn)生的，那么大氣壓強的值與大氣的重力有何關(guān)系呢？也就是說，我們從空氣具有重力出發(fā)所得到的大氣壓強值，與從大量空氣分子相互碰撞而得出的大氣壓強值是否相等呢？我們設(shè)想在大氣中分割出一個豎直的空氣柱，它的橫截面是從它的下端直達大氣頂，然后我們來看大氣中其他空氣分子對這個空氣柱的作用。這個空氣柱的上端已無空氣，也就沒有空氣分子的碰撞，所以它上端面的壓力為零。這個空氣柱的前后左右四個面所受的水平方向的壓力又都相互對稱，彼此平衡，相互抵消，唯獨它的底面受到別的大量空氣分子的向上碰撞，因而產(chǎn)生了對底面的向上的壓強P，使底面受到豎直向上的壓力F＝PS.同時因空氣具有重力，這樣該空氣柱在豎直方向上就只受底面向上的壓力F＝PS和自重G.而現(xiàn)在大氣能保持靜止狀態(tài)，則PS＝G，由此得P＝G/S，這就說明了從上述兩方面所得到的壓強是相等的。這也就是為什么我們能用與液體類比的方式講大氣壓強產(chǎn)生的道理。1．決定氣體壓強大小的因素，下列說法中正確的是()A．氣體的體積和氣體的密度B．氣體的質(zhì)量和氣體的種類C．氣體分子密集程度和氣體的溫度D．氣體分子質(zhì)量和氣體分子的速度【解析】決定氣體壓強大小的微觀因素是分子密集程度和分子平均動能，宏觀上體現(xiàn)在體積和溫度上?！敬鸢浮緾2．(2022·日照高二檢測)在一定溫度下，某種理想氣體分子的速率分布應(yīng)該是()A．每個分子速率都相等B．每個分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子數(shù)目都很少C．每個分子速率一般都不相等，但在不同速率范圍內(nèi)，分子數(shù)的分布是均勻的D．每個分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子數(shù)目很多【解析】從氣體分子速率分布圖象可以看出，分子速率呈“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律，故應(yīng)選B?！敬鸢浮緽3．關(guān)于密閉容器中氣體的壓強，下列說法正確的是()A．是由于氣體分子相互作用產(chǎn)生的B．是由于氣體分子碰撞容器