2024-2025學(xué)年高中物理第八章氣體4氣體熱現(xiàn)象的微觀意義學(xué)案新人教版選修3-3

PAGE7-氣體熱現(xiàn)象的微觀意義一、氣體分子運動的特點1．從微觀角度看，物體的熱現(xiàn)象是由大量分子的熱運動所確定的，盡管個別分子的運動有它的不確定性，但大量分子的運動狀況會遵從肯定的統(tǒng)計規(guī)律．2．分子做無規(guī)則運動，速率有大有小，由于分子間頻繁碰撞，速率又將發(fā)生變更，但分子的速率都呈現(xiàn)“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律．這種分子整體所體現(xiàn)出來的規(guī)律叫統(tǒng)計規(guī)律．3．氣體分子運動的特點(1)分子的運動雜亂無章，在某一時刻，向著任何一個方向運動的分子都有，而且向各個方向運動的氣體分子數(shù)目幾乎相等．(2)氣體分子速率分布表現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律．溫度上升時，速率大的分子數(shù)目增加，速率小的分子數(shù)目削減，分子的平均速率增大．4．溫度是分子平均動能的標(biāo)記．在生活中我們常常見到這樣的實例：無風(fēng)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)覺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？提示：大量的氣體分子做無規(guī)則的熱運動，會與器壁頻繁地碰撞，從而產(chǎn)生持續(xù)的壓力，即產(chǎn)生壓強，這是氣體壓強產(chǎn)生的微觀緣由．二、氣體壓強的微觀意義1．產(chǎn)生緣由：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．氣體壓強的確定因素：從微觀角度來看，一個是分子的平均動能，一個是分子的密集程度．三、對氣體試驗定律的微觀說明1．玻意耳定律：肯定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能不變，體積減小時，分子的密集程度增大，氣體的壓強就增大．2．查理定律：肯定質(zhì)量的氣體，體積保持不變時，分子密集程度保持不變，溫度上升時，分子的平均動能增大，氣體的壓強就增大．3．蓋—呂薩克定律：肯定質(zhì)量的氣體，溫度上升時，分子平均動能增大，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．考點一對氣體壓強的理解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)、勻稱的壓力．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．確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：氣體分子的密集程度(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．【例1】關(guān)于地球表面的大氣壓強，甲說：“這個壓強就是地面每平方米面積上方的整個大氣柱的壓力，它等于該氣柱的重力”，乙說“這個壓強是由地面旁邊那些做無規(guī)則運動的空氣分子對每平方米地面的碰撞造成的”，丙說“這個壓強既與地面上方單位體積內(nèi)氣體分子數(shù)有關(guān)，又與地面旁邊的溫度有關(guān)”，你認為()A．只有甲對 B．只有乙對C．只有丙對 D．三種說法都有道理本題結(jié)合大氣壓強的產(chǎn)生給出了多種評述，要從大氣壓強產(chǎn)生的宏觀因素和微觀因素全面進行分析．【解析】從宏觀上說，大氣壓的定義為：從地球表面延長至高空的空氣重量，使地球表面旁邊的物體單位面積上所受的力稱為“大氣壓強”；從觀微上看，因為氣體是由大量的做無規(guī)則運動的分子組成的，而這些分子必定要對浸在空氣中的物體不斷地發(fā)生碰撞，大量空氣分子持續(xù)碰撞的結(jié)果就體現(xiàn)為大氣對物體表面的壓力，從而形成大氣壓．若單位體積中含有的分子數(shù)越多，分子的平均動能越大，則相同時間內(nèi)空氣分子對物體表面單位面積上碰撞的壓力越大，因而產(chǎn)生的壓強也就越大．但由于空氣分子處在不停的熱運動中，假如沒有了重力的作用，因為大氣是開放的，空氣分子必將因熱運動而擴散到整個宇宙空間之中，致使分子數(shù)密度趨于零，從而大氣壓強也失去了意義．也就是說，無重力，就無大氣壓強，所以重力的作用是大氣壓產(chǎn)生的外因，而空氣分子的熱運動是產(chǎn)生大氣壓的根本緣由．【答案】D總結(jié)提能地面大氣壓的值與地球表面積的乘積，近似等于地球大氣層所受的重力值．大氣壓強最終還是通過分子碰撞實現(xiàn)對放入其中的物體產(chǎn)生壓強．氣體的壓強是由于氣體分子的下列哪種緣由造成的(B)A．氣體分子間的作用力 B．對器壁的碰撞力C．對器壁的排斥力 D．對器壁的萬有引力解析：氣體的壓強是由于大量分子對器壁頻繁碰撞造成的，在數(shù)值上就等于在單位面積上，氣體分子的平均碰撞作用力，故B選項正確．考點二氣體試驗定律的微觀說明1．玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大；體積增大，壓強減?。?2)微觀說明：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，氣體的壓強就越大．2．查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，在體積保持不變時，溫度上升，壓強增大；溫度降低，壓強減?。?2)微觀說明：體積不變，則分子密度不變，溫度上升，分子平均動能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強增大．3．蓋—呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，在壓強不變時，溫度上升，體積增大，溫度降低，體積減小．(2)微觀說明：溫度上升，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需影響壓強的另一個因素分子密度減小，所以氣體的體積增大．【例2】(多選)對肯定質(zhì)量的志向氣體，下列說法正確的是()A．體積不變，壓強增大時，氣體分子的平均動能肯定增大B．溫度不變，壓強減小時，氣體的密度肯定減小C．壓強不變，溫度降低時，氣體的密度肯定減小D．溫度上升，壓強和體積都可能不變對氣體試驗定律的說明要緊緊圍繞確定氣體壓強的兩個因素：氣體分子的密度與分子平均動能進行分析探討．【解析】依據(jù)氣體壓強、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強增大時，氣體的溫度增大，氣體分子的平均動能增大，選項A正確；溫度不變，壓強減小時，氣體體積增大，氣體的密度減小，B正確；壓強不變，溫度降低時，體積減小，氣體的密度增大，C錯；溫度上升，壓強、體積中至少有一個發(fā)生變更，D錯．【答案】AB總結(jié)提能對氣體試驗定律的微觀說明：對肯定質(zhì)量的氣體．等溫變更：溫度不變，分子的平均動能不變，若體積增大，則分子的密度減小，與單位面積撞擊的分子數(shù)削減，故壓強減?。葔鹤兏寒?dāng)溫度上升時，氣體分子的平均動能增大，壓強有增大的趨勢，體積膨脹，而氣體分子密度減小，壓強有減小的趨勢．兩者效果抵消，氣體壓強保持不變．等容變更：氣體的體積不變，則氣體分子的密度保持不變，當(dāng)溫度上升時，氣體分子的平均動能增大．因此單位面積上的壓力會變大，氣體的壓強將增大．(多選)肯定質(zhì)量的志向氣體處于平衡狀態(tài)Ⅰ，現(xiàn)設(shè)法使其溫度降低而壓強上升，達到平衡狀態(tài)Ⅱ，則(BC)A．狀態(tài)Ⅰ時氣體的密度比狀態(tài)Ⅱ時的大B．狀態(tài)Ⅰ時分子的平均動能比狀態(tài)Ⅱ時的大C．狀態(tài)Ⅰ時分子間的平均距離比狀態(tài)Ⅱ時的大D．狀態(tài)Ⅰ時每個分子的動能都比狀態(tài)Ⅱ時的分子平均動能大解析：依據(jù)肯定質(zhì)量志向氣體的狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C知，T降低、p增大，V肯定減小，氣體密度增大，故A錯，C對．因狀態(tài)Ⅰ時溫度高，故分子的平均動能大，B對．分子的平均動能是對大量分子動能進行統(tǒng)計的結(jié)果，對單獨一個分子的動能大小毫無意義，故D錯．常見誤區(qū)例析對氣體試驗定律微觀相識上的三個誤區(qū)誤區(qū)1：誤認為溫度上升時，每個氣體分子的速率都會增大．產(chǎn)生誤區(qū)的緣由是沒有正確理解分子速率的分布規(guī)律及其與溫度的關(guān)系，溫度上升時，分子平均速率增大，但并不是每個分子的速率都增大，一部分氣體分子的速率可能減?。`區(qū)2：誤認為氣體的壓強與大氣壓強都與重力有關(guān)．其緣由是沒有正確理解氣體的壓強和大氣壓強二者的確定因素不同，前者由分子密度和分子平均動能共同確定，后者由地球表面的大氣層所受的重力確定．誤區(qū)3：誤認為氣體的三個狀態(tài)參量中，可以只有一個發(fā)生變更，另外兩個可能不變．這是由于沒有正確理解確定三個狀態(tài)參量的微觀因素間的關(guān)系，對肯定質(zhì)量的志向氣體來說，分子密度和分子平均動能兩個量中，只有一個變更時，都會導(dǎo)致壓強變更，因此描述氣體的三個狀態(tài)參量變更時，至少有兩個同時發(fā)生了變更．【典例】(多選)密閉的汽缸內(nèi)有肯定質(zhì)量的氣體，假如保持氣體體積不變，當(dāng)溫度上升時，以下說法正確的是()A．單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大B．氣體的壓強增大C．氣體分子的平均動能減小D．每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多【解析】通過以下表格進行逐項分析：A肯定質(zhì)量的氣體體積不變，分子總數(shù)不變，單位體積內(nèi)的氣體分子數(shù)n＝eq\f(N,V)不變×B體積不變時，由于溫度上升，依據(jù)查理定律可知，氣體壓強增大√C溫度是分子平均動能的標(biāo)記，溫度上升，分子平均動能增大×D體積不變時，分子密度不變，由于溫度上升，分子平均速率增大，故每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多√【答案】BD1．下列說法正確的是(B)A．肯定質(zhì)量的氣體，保持溫度不變，壓強隨體積減小而增大的微觀緣由是：每個分子撞擊器壁的作用力增大B．肯定質(zhì)量的氣體，保持溫度不變，壓強隨體積增大而減小的微觀緣由是：單位體積內(nèi)的分子數(shù)削減C．肯定質(zhì)量的氣體，保持體積不變，壓強隨溫度上升而增大的微觀緣由是：每個分子動能都增大D．肯定質(zhì)量的氣體，保持體積不變，壓強隨溫度上升而增大的微觀緣由是：分子的密度增大2．下圖是氧氣分子在不同溫度(0℃和100℃)下的速率分布，由圖可得信息(A)A．同一溫度下，氧氣分子呈現(xiàn)出“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律B．隨著溫度的上升，每一個氧氣分子的速率都增大C．隨著溫度的上升，氧氣分子中速率小的分子所占的比例高D．隨著溫度的上升，氧氣分子的平均速率變小解析：溫度上升，分子的平均動能增大，質(zhì)量不變，分子的平均速率增大，每個分子的速率不肯定增大，A正確，B、C、D錯誤．3．(多選)甲、乙兩個相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種氣體，已知甲、乙容器中氣體的壓強分別為p甲、p乙．且p甲<p乙，則(BC)A．甲容器中氣體的溫度高于乙容器中氣體的溫度B．甲容器中氣體的溫度低于乙容器中氣體的溫度C．甲容器中氣體分子的平均動能小于乙容器中氣體分子的平均動能D．甲容器中氣體分子的平均動能大于乙容器中氣體分子的平均動能解析：甲乙兩種氣體分子密集程度相同，但壓強p甲<p乙，說明甲氣體分子平均動能小于乙氣體分子平均動能，即甲的溫度低．4．(多選)圖(a)為測量分子速率分布的裝置示意圖．圓筒繞其中心勻速轉(zhuǎn)動，側(cè)面開有狹縫N，內(nèi)側(cè)貼有記錄薄膜，M為正對狹縫的位置．從原子爐R中射出的銀原子蒸汽穿過屏上S縫后進入狹縫N，在圓筒轉(zhuǎn)動半個周期的時間內(nèi)相繼到達并沉積在薄膜上．綻開的薄膜如圖(b)所示，NP和PQ間距相等．則(AC)A．到達M旁邊的銀原子速率較大B．到達Q旁邊的銀原子速率較大C．位于PQ區(qū)間的分子百分率大于位于NP區(qū)間的分子百分率D．位于PQ區(qū)間的分子百分率小于位于NP區(qū)間的分子百分率解析：依據(jù)分子速率分布規(guī)律“