高中物理 新人教版選修33 氣體熱現(xiàn)象的微觀意義導(dǎo)學(xué)案

1、第4講氣體熱現(xiàn)象的微觀意義目標(biāo)定位1.初步了解統(tǒng)計(jì)規(guī)律2.知道氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)3.理解氣體壓強(qiáng)的微觀意義4.能對(duì)氣體三大實(shí)驗(yàn)定律進(jìn)行微觀解釋，并能用微觀觀點(diǎn)解釋氣體狀態(tài)變化一、隨機(jī)性與統(tǒng)計(jì)規(guī)律1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2統(tǒng)計(jì)規(guī)律：大量隨機(jī)事件的整體表現(xiàn)出的規(guī)律二、氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1氣體的微觀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)(1)氣體分子之間的距離很大，大約是分子直徑的10倍左右(2)氣體分子間的相互作用力十分微弱2氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)對(duì)個(gè)別分子，在某一時(shí)刻速度的大小與方向有偶然性，因大量分子頻繁碰撞，對(duì)大量分子來說，它們向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的幾率是相等的，分子速率呈現(xiàn)“中間多，兩頭少”當(dāng)溫度升高

2、時(shí)，對(duì)某一分子在某一時(shí)刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中間多”的分子速率值在增加(如圖841所示)圖8413氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)與溫度的關(guān)系(1)溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越激烈(2)理想氣體的熱力學(xué)溫度T與分子的平均動(dòng)能k成正比，即：Ta k(式中a是比例常數(shù))，這表明，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志三、氣體壓強(qiáng)的微觀意義1氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁地對(duì)容器的碰撞而產(chǎn)生的2影響氣體壓強(qiáng)的兩個(gè)因素：(1)氣體分子的平均動(dòng)能；(2)分子的密集程度一、氣體分子運(yùn)動(dòng)與統(tǒng)計(jì)規(guī)律1氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的理解(1)氣體分子之間的距離很大，大約是分子直徑的10倍，因此除相互碰撞或者跟器壁碰撞外，氣

3、體分子不受力而做勻速直線運(yùn)動(dòng)，因而氣體會(huì)充滿它能達(dá)到的整個(gè)空間(2)分子的運(yùn)動(dòng)永不停息，雜亂無章，在某一時(shí)刻，向著任何一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子都有，而且向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目都相等(3)每個(gè)氣體分子都在做永不停息的運(yùn)動(dòng)，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(jí)上相當(dāng)于子彈的速率(4)溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志2統(tǒng)計(jì)規(guī)律的理解(1)個(gè)別事物的出現(xiàn)具有偶然性，但大量事物出現(xiàn)的機(jī)會(huì)，卻遵從一定的統(tǒng)計(jì)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(yùn)動(dòng)步調(diào)，單獨(dú)來看，各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)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(dòng)卻有一定的規(guī)律例1(2012

4、·上海單科)圖842(a)為測(cè)量分子速率分布的裝置示意圖圓筒繞其中心勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，側(cè)面開有狹縫N，內(nèi)側(cè)貼有記錄薄膜，M為正對(duì)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(jìn)入狹縫N，在圓筒轉(zhuǎn)動(dòng)半個(gè)周期的時(shí)間內(nèi)相繼到達(dá)并沉積在薄膜上展開的薄膜如圖842(b)所示，NP，PQ間距相等則()圖842A到達(dá)M附近的銀原子速率較大B到達(dá)Q附近的銀原子速率較大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)間的分子百分率答案AC解析根據(jù)分子速率分布規(guī)律的“中間多，兩頭少”特征可知：M附近的銀原子速率較大，故選項(xiàng)A正確；B錯(cuò)誤PQ區(qū)間的分子百分率最大

5、，故選項(xiàng)D錯(cuò)誤，C正確借題發(fā)揮氣體分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)：一是統(tǒng)計(jì)規(guī)律上看是大量分子的表現(xiàn)出來的“中間多，兩頭少”的速率分布規(guī)律，每個(gè)分子因頻繁的碰撞，速度的大小和方向不斷的改變；二是從溫度上看溫度是分子平均動(dòng)能標(biāo)志，溫度升高使分子的平均速率變大，或說速率大的分子占的比例增大，速率小的分子占的比例減少，而不是大部分分子的速率增大了，少數(shù)分子的速率減小了二、正確理解氣體壓強(qiáng)的微觀意義1氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生單個(gè)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(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力所以從分子動(dòng)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2決定氣體壓強(qiáng)大小的因素(1)微觀

6、因素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)大，在單位時(shí)間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多，氣體壓強(qiáng)就越大；氣體分子的平均動(dòng)能：氣體的溫度高，氣體分子的平均動(dòng)能就大，每個(gè)氣體分子與器壁的碰撞(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(shí)間內(nèi)器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就多，累計(jì)沖力就大，氣體壓強(qiáng)就越大(2)宏觀因素與溫度有關(guān)：溫度越高，氣體的壓強(qiáng)越大；與體積有關(guān)：體積越小，氣體的壓強(qiáng)越大3大氣壓強(qiáng)的理解大氣壓強(qiáng)可以從宏觀和微觀兩個(gè)方面理解：宏觀上，可以看作由大氣的重力引起的；微觀上，可以認(rèn)為是大氣分子對(duì)地面或?qū)δ骋黄矫鏌o規(guī)則的碰撞引起的例2

7、下列說法正確的是()A氣體對(duì)器壁的壓強(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B氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)就是大量氣體分子單位時(shí)間作用在器壁上的平均作用力C氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能減小，氣體的壓強(qiáng)一定減小D單位體積的氣體分子數(shù)增加，氣體的壓強(qiáng)一定增大答案A解析氣體壓強(qiáng)為氣體分子對(duì)器壁單位面積的撞擊力，故A正確；平均作用力不是壓強(qiáng)，B錯(cuò)誤；氣體壓強(qiáng)的大小與氣體分子的平均動(dòng)能和氣體分子密集程度有關(guān)，故C、D錯(cuò)三、三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋1玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在溫度保持不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大，體積增大，壓強(qiáng)減小(2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動(dòng)能不變體積越小，分

8、子越密集，單位時(shí)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2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(shí)，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，則分子密集程度不變溫度升高，分子平均動(dòng)能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng)增大3蓋呂薩克定律(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(shí)，溫度升高，體積增大，溫度降低，體積減小(2)微觀解釋：溫度升高，分子平均動(dòng)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(gè)因素分子密度減小，所以氣體的體積增大例3對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是()A體積不變，壓強(qiáng)增

9、大時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大B溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體的密度一定減小C壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體的密度一定減小D溫度升高，壓強(qiáng)和體積都可能不變答案AB解析根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大，選項(xiàng)A正確；溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體體積增大，氣體的密度減小壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，體積減小，氣體密度增大溫度升高，壓強(qiáng)、體積中至少有一個(gè)發(fā)生改變綜上所述，正確答案為A、B.針對(duì)訓(xùn)練對(duì)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(shí)，以下說法正確的是()A壓強(qiáng)和體積都增大時(shí)，其分子平均動(dòng)能不可能不變B壓強(qiáng)和體積都增大時(shí)，其分子平均動(dòng)能有可能減小C

10、壓強(qiáng)增大，體積減小時(shí)，其分子平均動(dòng)能一定不變D壓強(qiáng)減小，體積增大時(shí)，其分子平均動(dòng)能可能增大答案AD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)減少；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多根據(jù)氣體的壓強(qiáng)與單位體積內(nèi)的分子數(shù)和分子的平均動(dòng)能這兩個(gè)因素的關(guān)系，可判知A、D正確，B、C錯(cuò)誤氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)11859年麥克斯韋從理論上推導(dǎo)出了氣體分子速率的分布規(guī)律，后來有許多實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了這一規(guī)律若以橫坐標(biāo)v表示分子速率，縱坐標(biāo)f(v)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比如圖所示的各幅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_(填選項(xiàng)字母)答案D解析氣體分子速率分布規(guī)律是中間多、兩

11、頭少，且分子不停地做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，沒有速度為零的分子，故選D.氣體壓強(qiáng)的微觀解釋2封閉在氣缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體，如果保持體積不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，以下說法正確的是()A氣體的密度增大B氣體的壓強(qiáng)增大C氣體分子的平均動(dòng)能減小D每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多答案BD解析由理想氣體狀態(tài)方程C(常量)可知，當(dāng)體積不變時(shí)，常量，T升高時(shí)，壓強(qiáng)增大，B正確；由于質(zhì)量不變，體積不變，分子密度不變，而溫度升高，分子的平均動(dòng)能增加，所以單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)容器壁碰撞次數(shù)增多，D正確，A、C錯(cuò)誤實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋3對(duì)于一定質(zhì)量的某種理想氣體，若用N表示單位時(shí)間內(nèi)與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)，則()A當(dāng)體積減小時(shí)

12、，N必定增加B當(dāng)溫度升高時(shí)，N必定增加C當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí)，N必定變化D當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí)，N可能不變答案C解析由于氣體壓強(qiáng)是由大量氣體分子對(duì)器壁的碰撞作用而產(chǎn)生的，其值與分子密度及分子平均速率有關(guān)；對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)與溫度和體積有關(guān)若壓強(qiáng)不變而溫度和體積發(fā)生變化(即分子密度發(fā)生變化時(shí))，N一定變化，故C正確、D錯(cuò)誤；若體積減小且溫度也減小，N不一定增加，A錯(cuò)誤；當(dāng)溫度升高，同時(shí)體積增大時(shí)，N也不一定增加，故B錯(cuò)誤4如圖843所示，c、d表示一定質(zhì)量的某種氣體的兩個(gè)狀態(tài)，則關(guān)于c、d兩狀態(tài)的下列說法中正確的是()圖843A壓強(qiáng)pd>pcB溫度Td<TcC體

13、積Vd>VcDd狀態(tài)時(shí)分子運(yùn)動(dòng)劇烈，分子密度大答案AB解析由題中圖象可直觀看出pd>pc，Td<Tc，A、B對(duì)；cd，溫度降低，分子平均動(dòng)能減小，分子運(yùn)動(dòng)劇烈程度減小，體積減小Vc>Vd，分子密度增大，C、D錯(cuò)(時(shí)間：60分鐘)題組一氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)1關(guān)于氣體分子，下列說法中正確的是()A由于氣體分子間的距離很大，氣體分子可以視為質(zhì)點(diǎn)B氣體分子除了碰撞以外，可以自由地運(yùn)動(dòng)C氣體分子之間存在相互斥力，所以氣體對(duì)容器壁有壓強(qiáng)D在常溫常壓下，氣體分子的相互作用力可以忽略答案BD解析通常情況下，分子間距離較大，相互作用力可以忽略，氣體分子能否視為質(zhì)點(diǎn)應(yīng)視具體問題而定，A錯(cuò)、D

14、對(duì)；氣體分子間除相互碰撞及與器壁的碰撞外，不受任何力的作用，可自由移動(dòng)，B對(duì)；氣體對(duì)器壁的壓強(qiáng)是由大量分子碰撞器壁產(chǎn)生，C錯(cuò)2對(duì)一定質(zhì)量的氣體，通過一定的方法得到了分子數(shù)目f與速率v的兩條關(guān)系圖線，如圖844所示，下列說法正確的是()圖844A曲線對(duì)應(yīng)的溫度T1高于曲線對(duì)應(yīng)的溫度T2B曲線對(duì)應(yīng)的溫度T1可能等于曲線對(duì)應(yīng)的溫度T2C曲線對(duì)應(yīng)的溫度T1低于曲線對(duì)應(yīng)的溫度T2D無法判斷兩曲線對(duì)應(yīng)的溫度關(guān)系答案C解析對(duì)一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，速率大的分子數(shù)目一定增加，因此曲線的峰值向速率增大的方向移動(dòng)，且峰值變小，由此可知曲線對(duì)應(yīng)的溫度T2一定高于曲線所對(duì)應(yīng)的溫度T1.3下列關(guān)于氣體分子運(yùn)動(dòng)的特

15、點(diǎn)，正確的說法是()A氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率與溫度有關(guān)B當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體分子的速率分布不再是“中間多，兩頭少”C氣體分子的運(yùn)動(dòng)速率可由牛頓運(yùn)動(dòng)定律求得D氣體分子的平均速度隨溫度升高而增大答案A解析氣體分子的運(yùn)動(dòng)與溫度有關(guān)，溫度升高時(shí)，平均速率變大，但仍遵循“中間多，兩頭少”的統(tǒng)計(jì)規(guī)律，A對(duì)、B錯(cuò)；分子運(yùn)動(dòng)無規(guī)則，而且牛頓定律是宏觀定律，不能用它來求微觀分子的運(yùn)動(dòng)速率，C錯(cuò)；大量分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的概率相等，所以穩(wěn)定時(shí)，平均速度幾乎為零，與溫度無關(guān)，D錯(cuò)題組二壓強(qiáng)的微觀解釋4在一定溫度下，當(dāng)一定質(zhì)量氣體的體積增大時(shí)，氣體的壓強(qiáng)減小，這是由于()A單位體積內(nèi)的分子數(shù)變少，單位時(shí)間內(nèi)對(duì)單位面積器壁

16、碰撞的次數(shù)減少B氣體分子的密集程度變小，分子對(duì)器壁的吸引力變小C每個(gè)分子對(duì)器壁的平均撞擊力都變小D氣體分子的密集程度變小，單位體積內(nèi)分子的重量變小答案A解析溫度不變，一定質(zhì)量氣體分子的平均動(dòng)能、平均速率不變，每次碰撞分子對(duì)器壁的平均作用力不變，但體積增大后，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，因此單位時(shí)間內(nèi)碰撞次數(shù)減少，氣體的壓強(qiáng)減小，A正確，B、C、D錯(cuò)誤5如圖845所示，兩個(gè)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)()圖845A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)都是由所裝物質(zhì)的重力而產(chǎn)生的C甲容器中pApB，乙容器中p

17、CpDD當(dāng)溫度升高時(shí)，pA、pB變大，pC、pD也要變大答案C解析甲容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是液體受到重力的作用，而乙容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁，A、B錯(cuò)；液體的壓強(qiáng)pgh，hAhB，可知pApB，而密閉容器中氣體壓強(qiáng)各處均相等，與位置無關(guān)，故pCpD，C對(duì)；當(dāng)溫度升高時(shí)，pA、pB不變，而pC、pD增大，D錯(cuò)6下面關(guān)于氣體壓強(qiáng)的說法正確的是()氣體對(duì)器壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)是由于大量氣體分子頻繁碰撞器壁而產(chǎn)生的氣體對(duì)器壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)等于作用在器壁單位面積上的平均作用力從微觀角度看，氣體壓強(qiáng)的大小跟氣體分子的平均動(dòng)能和分子密集程度有關(guān)從宏觀角度看，氣體壓強(qiáng)的大小跟氣體的溫度和體積有關(guān)A只有對(duì) B只有對(duì)C只

18、有對(duì) D都對(duì)答案D解析大量氣體分子對(duì)容器壁撞擊產(chǎn)生了壓強(qiáng)，選項(xiàng)正確；氣體分子的速率不盡相同，因此氣體分子對(duì)容器壁的作用力不盡相同，應(yīng)取平均值，選項(xiàng)正確；氣體壓強(qiáng)與單位時(shí)間內(nèi)分子撞擊容器壁單位面積上的分子數(shù)有關(guān)，即跟體積有關(guān)；氣體壓強(qiáng)也與分子撞擊容器壁的壓力有關(guān)，即與氣體分子的平均動(dòng)能有關(guān)，即與氣體的溫度有關(guān)，選項(xiàng)正確故選D項(xiàng)題組三對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的解釋7一房間內(nèi)，上午10時(shí)的溫度為15 ，下午2時(shí)的溫度為25 ，假設(shè)大氣壓強(qiáng)無變化，則下午2時(shí)與上午10時(shí)相比較，房間內(nèi)的()A空氣密度增大B空氣分子的平均動(dòng)能增大C空氣分子的速率都增大D空氣質(zhì)量增大答案B解析溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，平均每

19、個(gè)分子對(duì)器壁的作用力將變大，但氣壓并未改變，可見單位體積內(nèi)的分子數(shù)一定減小，所以有空減小，m空空·V隨之減小8一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變的條件下，體積增大，則()A氣體分子的平均動(dòng)能增大B氣體分子的平均動(dòng)能減小C氣體分子的平均動(dòng)能不變D分子密度減小，平均速率增大答案AD解析一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，由蓋呂薩克定律C可知，體積增大，溫度升高，所以氣體分子的平均動(dòng)能增大，平均速率增大，分子密度減小，A、D對(duì)，B、C錯(cuò)9根據(jù)分子動(dòng)理論，下列關(guān)于氣體的說法中正確的是()A氣體的溫度越高，氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈B氣體的壓強(qiáng)越大，氣體分子的平均動(dòng)能越大C氣體分子的平均動(dòng)能越大，氣體的溫度越高D氣體的體積越大，氣體分子之間的相互作用力越大答案AC解析由分子動(dòng)理論知：氣體的溫度越高，氣體分子無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)就越劇烈，所以選項(xiàng)A正確；而氣體壓強(qiáng)越大，只能反映出單位面積的器壁上受到的撞擊力越大，可能是分子平均動(dòng)能大的原因，也可能是單位時(shí)間內(nèi)撞擊的分子數(shù)目多的原因，所以選項(xiàng)B錯(cuò)誤；溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，所以平均動(dòng)能越大，則表明溫度越高，所以選項(xiàng)C正確；氣體分子間的距離基本上已超出了分子作用力的作用范圍，所以選項(xiàng)D錯(cuò)誤題組四綜合應(yīng)用10對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是()A