高中物理人教版3第八章氣體4氣體熱現(xiàn)象的微觀意義 第8章

4氣體熱現(xiàn)象的微觀意義學(xué)習(xí)目標(biāo)知識脈絡(luò)1.知道什么是“統(tǒng)計(jì)規(guī)律”．2．掌握氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)．(重點(diǎn))3．理解氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因及決定因素．(重點(diǎn))4．學(xué)會用分子動理論和統(tǒng)計(jì)規(guī)律的觀點(diǎn)解釋三個氣體實(shí)驗(yàn)定律．(難點(diǎn))氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)和氣體溫度的微觀意義eq\a\vs4\al([先填空])1．隨機(jī)性與統(tǒng)計(jì)規(guī)律(1)必然事件：在一定條件下必然出現(xiàn)的事件．(2)不可能事件：在一定條件下不可能出現(xiàn)的事件．(3)隨機(jī)事件：在一定條件下可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)的事件．(4)統(tǒng)計(jì)規(guī)律：大量隨機(jī)事件的整體表現(xiàn)出的規(guī)律．2．氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)(1)運(yùn)動的自由性：由于氣體分子間的距離比較大，分子間作用力很弱．通常認(rèn)為，氣體分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做勻速直線運(yùn)動，因而氣體會充滿它能達(dá)到的整個空間．(2)運(yùn)動的無序性：分子的運(yùn)動雜亂無章，在某一時刻，向著任何一個方向運(yùn)動的分子都有，而且向各個方向運(yùn)動的氣體分子數(shù)目都相等．(3)運(yùn)動的高速性：常溫下大多數(shù)氣體分子的速率都達(dá)到數(shù)百米每秒，在數(shù)量級上相當(dāng)于子彈的速率．3．氣體溫度的微觀意義(1)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(yùn)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(dāng)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)氣體溫度的微觀意義①溫度越高，分子的熱運(yùn)動越劇烈．②理想氣體的熱力學(xué)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，表明溫度是分子平均動能的標(biāo)志．eq\a\vs4\al([再判斷])1．氣體能夠充滿它所能到達(dá)的空間是由于分子間的作用力很弱，可以忽略不計(jì)．(√)2．大多數(shù)氣體分子的速率處于中間值，少數(shù)分子的速率較大或較?。?√)3．溫度越高，分子的熱運(yùn)動越激烈，是指溫度升高時，所有分子運(yùn)動的速率都增大了．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．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小．事實(shí)上，對于某個氣體分子來說，其速率大小是時刻在變化的，并且也是無法確定的．2．分子永不停息地做無規(guī)則運(yùn)動，有規(guī)律可循嗎？【提示】從微觀角度看，組成氣體的分子并沒有統(tǒng)一的運(yùn)動步調(diào)，所以單獨(dú)來看，各個分子的運(yùn)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(yùn)動卻具有一定的規(guī)律性．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)(1)分子間的距離較大：使得分子間的相互作用力十分微弱，可認(rèn)為分子間除碰撞外不存在相互作用力，分子在兩次碰撞之間做勻速直線運(yùn)動．(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(yùn)動．(3)分子的速率分布規(guī)律：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．當(dāng)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(yùn)動劇烈．定量的分析表明理想氣體的熱力學(xué)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(biāo)志．2．溫度是理想氣體內(nèi)能的標(biāo)志由于理想氣體分子間沒有相互作用力，分子勢能為零，內(nèi)能等于分子總動能，又理想氣體熱力學(xué)溫度T正比于分子的平均動能eq\x\to(E)k，即T∝eq\x\to(E)k，因而對理想氣體來說溫度是內(nèi)能的標(biāo)志，根據(jù)溫度的變化情況就能確定氣體內(nèi)能的變化．1．關(guān)于氣體分子的運(yùn)動情況，下列說法中不正確的是()A．某一時刻具有某一速率的分子數(shù)目是相等的B．某一時刻一個分子速度的大小和方向是偶然的C．某一溫度下，大多數(shù)氣體分子的速率不會發(fā)生變化D．分子的速率分布毫無規(guī)律E．每個分子速率一般都不相等，速率很大或速率很小的分子數(shù)目都很少【解析】具有某一速率的分子數(shù)目并不是相等的，呈“中間多，兩頭少”的統(tǒng)計(jì)規(guī)律分布，故A、D項(xiàng)錯誤．E正確．由于分子之間頻繁地碰撞，分子隨時都會改變自己的運(yùn)動情況，因此在某一時刻，一個分子速度的大小和方向完全是偶然的，故B項(xiàng)正確．某一溫度下，每個分子的速率仍然是隨時變化的，只是分子運(yùn)動的平均速率不變，故C項(xiàng)錯誤．【答案】ACD2．對于氣體分子的運(yùn)動，下列說法正確的是()A．一定溫度下某理想氣體的分子的碰撞十分頻繁，同一時刻，氣體分子沿各個方向運(yùn)動的機(jī)會(概率)相等B．一定溫度下某理想氣體的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對較少C．一定溫度下某理想氣體的分子做雜亂無章的運(yùn)動可能會出現(xiàn)某一時刻所有分子都朝同一方向運(yùn)動的情況D．一定溫度下某理想氣體，當(dāng)溫度升高時，其中某10個分子的平均動能可能減小E．一定溫度下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【解析】一定溫度下某理想氣體分子碰撞十分頻繁，單個分子運(yùn)動雜亂無章，速率不等，但大量分子的運(yùn)動遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，速率大和速率小的分子數(shù)目相對較少，向各個方向運(yùn)動的分子數(shù)目相等，C錯，A、B對；溫度升高時，大量分子平均動能增大，但個別或少量(如10個)分子的平均動能有可能減小，D對，E錯．【答案】ABD3．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，他們的大小關(guān)系為______．圖8-4-2【解析】溫度越高、分子熱運(yùn)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.【答案】TⅠ<TⅡ<TⅢ氣體分子速率分布規(guī)律1．在一定溫度下，所有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大；3．溫度升高，氣體分子的平均速率變大，但具體到某一個氣體分子，速率可能變大也可能變小，無法確定．氣體壓強(qiáng)的微觀意義eq\a\vs4\al([先填空])1．產(chǎn)生原因氣體的壓強(qiáng)是由氣體中大量做無規(guī)則熱運(yùn)動的分子對器壁頻繁持續(xù)的碰撞產(chǎn)生的．壓強(qiáng)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(qiáng)的決定因素(1)一個是氣體分子的平均動能．(2)一個是分子的密集程度．eq\a\vs4\al([再判斷])1．氣體壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的．(√)2．氣體的分子平均動能越大，氣體的壓強(qiáng)就越大．(×)3．氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子的重力而產(chǎn)生的．(×)eq\a\vs4\al([后思考])1．能否用雨滴撞擊傘面時影響壓力(壓強(qiáng))大小的因素來比擬說明影響氣體壓強(qiáng)的因素？【提示】能．雨滴撞擊傘面時壓力(壓強(qiáng))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(qiáng))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(qiáng))越大；氣體壓強(qiáng)同上面的原理相似，壓強(qiáng)大小與分子平均動能和密集程度有關(guān)．2．嘗試用分子動理論的觀點(diǎn)來解釋氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因．【提示】大量做無規(guī)則熱運(yùn)動的分子對器壁頻繁、持續(xù)的碰撞產(chǎn)生氣體的壓強(qiáng)，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(diǎn)來看，氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生：大量氣體分子不斷地和器壁碰撞，對器壁產(chǎn)生持續(xù)的壓力，作用在器壁單位面積上的壓力就是氣體的壓強(qiáng)．2．氣體壓強(qiáng)的決定因素：單位體積內(nèi)分子數(shù)越多，單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)就越多，因而壓強(qiáng)越大；溫度越高，則分子的平均動能越大，分子運(yùn)動越劇烈，一方面使單位時間內(nèi)碰到器壁單位面積上的分子數(shù)增多，另一方面也使一個分子與器壁碰撞一次時對器壁的平均沖擊力增大，使壓強(qiáng)增大．所以氣體壓強(qiáng)的大小宏觀上看跟溫度和氣體分子的密度有關(guān)；微觀上看跟單位體積內(nèi)的分子數(shù)和分子的平均速率有關(guān)．3．大氣壓強(qiáng)的產(chǎn)生及影響因素：大氣壓強(qiáng)由氣體的重力產(chǎn)生，如果沒有地球引力的作用，地球表面上就沒有大氣，也就沒有大氣壓強(qiáng)．由于地球引力與距離的平方成反比，所以大氣壓力與氣體的高度、密度有關(guān)，在地面上空不同高度處，大氣壓強(qiáng)不相等．4．有關(guān)氣體壓強(qiáng)，下列說法不正確的是()A．氣體分子的平均速率增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大B．氣體分子的平均速率增大，則氣體的壓強(qiáng)有可能減小C．氣體分子的密集程度增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大D．氣體分子的平均動能增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大E．氣體分子的平均動能增大，則氣體的壓強(qiáng)有可能減小【解析】氣體的壓強(qiáng)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．即一是溫度，二是體積．密集程度或平均動能增大，都只強(qiáng)調(diào)問題的一方面，也就是說，平均動能增大的同時，氣體的體積可能增大，使得分子密集程度減小，所以壓強(qiáng)可能增大，也可能減小或不變．同理，當(dāng)分子數(shù)密度增大時，分子平均動能也可能減小，壓強(qiáng)的變化不能確定．故符合題意的答案為A、C、D.【答案】ACD5.如圖8-4-3所示，兩個完全相同的圓柱形密閉容器，甲中恰好裝滿水，乙中充滿空氣，則下列說法中正確的是(容器容積恒定)()甲乙圖8-4-3A．兩容器中器壁的壓強(qiáng)都是由于分子撞擊器壁而產(chǎn)生的B．兩容器中器壁的壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因不同C．甲容器中pA>pB、乙容器中pC＝pDD．當(dāng)溫度升高時，pA、pB變大、pC、pD也要變大E．當(dāng)溫度升高時，pA、pB不變，pC、pD變大【解析】甲容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是水受到重力的作用，而乙容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁，A錯B對；水的壓強(qiáng)p＝ρgh，hA>hB，可知pA>pB，而密閉容器中氣體壓強(qiáng)各處均相等，與位置無關(guān)，pC＝pD，C對；溫度升高時，pA、pB不變，而pC、pD變大，D錯、E正確．【答案】BCE6．關(guān)于密閉容器中氣體的壓強(qiáng)，下列說法不正確的是()A．是由氣體受到的重力產(chǎn)生的B．是由大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的C．壓強(qiáng)的大小只取決于氣體分子數(shù)量的多少D．容器運(yùn)動的速度越大，氣體的壓強(qiáng)也越大E．壓強(qiáng)的大小取決于氣體分子的平均動能和氣體分子的密集程度【解析】氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的，A錯誤；B正確；壓強(qiáng)的大小取決于氣體分子的平均動能和分子密集程度，與物體的宏觀運(yùn)動無關(guān)，C、D錯誤，E正確．【答案】ACD氣體壓強(qiáng)的分析技巧1．明確氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因——大量做無規(guī)則運(yùn)動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞．壓強(qiáng)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(qiáng)的決定因素——?dú)怏w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(qiáng)的變化，任何單個因素的變化都不能決定壓強(qiáng)是否變化．對氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋eq\a\vs4\al([先填空])用分子動理論可以很好地解釋氣體的實(shí)驗(yàn)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(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)不變．這就是蓋—呂薩克定律的微觀解釋．eq\a\vs4\al([再判斷])1．一定質(zhì)量的理想氣體，在體積減小時，壓強(qiáng)一定增大．(×)2．氣體體積保持不變時，氣體壓強(qiáng)一定保持不變．(×)3．氣體體積不變，溫度升高，壓強(qiáng)一定變大．(√)eq\a\vs4\al([后思考])1．中央電視臺在“科技之光”欄目中曾播放過這樣一個節(jié)目，把液氮倒入飲料瓶中，馬上蓋上蓋子并擰緊，人立即離開現(xiàn)場．一會兒飲料瓶就爆炸了．你能解釋一下原因嗎？圖8-4-4【提示】飲料瓶內(nèi)液氮吸熱后變成氮?dú)猓肿舆\(yùn)動加劇，氮?dú)夥肿用芏仍龃?，使瓶?nèi)氣體分子頻繁、持續(xù)碰撞瓶內(nèi)壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)逐漸增大，當(dāng)瓶內(nèi)外的壓強(qiáng)差大于瓶子所承受限度時，飲料瓶發(fā)生爆炸．2．從微觀的角度分析一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)、體積和溫度，有沒有可能只有一個狀態(tài)參量發(fā)生變化？【提示】不可能只有一個狀態(tài)參量發(fā)生變化．原因分析如下：決定氣體壓強(qiáng)的兩個因素是氣體分子的密集程度和分子的平均動能．體積和溫度不變則分子的密集程度和分子的平均動能不變，壓強(qiáng)不變，故不可能只有壓強(qiáng)變．體積或者溫度只有一個變了，則決定壓強(qiáng)的兩個因素一定有一個變了，壓強(qiáng)一定變，故體積、壓強(qiáng)、溫度不可能只有一個變化．eq\a\vs4\al([核心點(diǎn)擊])1．玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強(qiáng)增大；體積增大，壓強(qiáng)減?。?2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動能不變．體積越小，分子越密集，單位時間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強(qiáng)就越大，如圖8-4-5所示．體積大體積小圖8-4-52．查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在體積保持不變時，溫度升高，壓強(qiáng)增大；溫度降低，壓強(qiáng)減小．(2)微觀解釋：體積不變，則分子密度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁單位面積的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng)增大，如圖8-4-6所示．圖8-4-63．蓋一呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在壓強(qiáng)不變時，溫度升高，體積增大，溫度降低，體積減?。?2)微觀解釋：溫度升高，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強(qiáng)不變，則需影響壓強(qiáng)的另一個因素，即分子的密集程度減小，所以氣體的體積增大，如圖8-4-7所示．圖8-4-77．對于一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)它的壓強(qiáng)和體積發(fā)生變化時，以下說法正確的是()A．壓強(qiáng)和體積都增大時，其分子平均動能不可能不變B．壓強(qiáng)和體積都增大時，其分子平均動能有可能減小C．壓強(qiáng)和體積都增大時，其分子的平均動能一定增大D．壓強(qiáng)增大，體積減小時，其分子平均動能一定不變E．壓強(qiáng)減小，體積增大時，其分子平均動能可能增大【解析】質(zhì)量一定的氣體，分子總數(shù)不變，體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減小；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，根據(jù)氣體壓強(qiáng)與單位體積內(nèi)分子數(shù)和分子的平均動能這兩個因素的關(guān)系，可判斷A、C、E正確；B、D錯誤．【答案】ACE8．在一定的溫度下．—定質(zhì)量的氣體體積減小時，氣體的壓強(qiáng)增大，下列說法不正確的是()A．單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時間內(nèi)分子對器壁碰撞的次數(shù)增多B