人教版高中物理选修3-3 学案第八章 气体 第4节 气体热现象的微观意义Word版含解析
文档属性
| 名称 | 人教版高中物理选修3-3 学案第八章 气体 第4节 气体热现象的微观意义Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 104.2KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-01-02 14:45:49 | ||
图片预览
文档简介
第4节 气体热现象的微观意义
1．初步了解什么是“随机事件”和“统计规律”。
2．知道气体分子运动的特点。
3．理解气体温度的微观意义，知道气体分子速率的统计分布规律。
4．理解气体压强的微观意义，知道气体压强大小的决定因素。
5．理解分子动理论对三个气体实验定律的微观解释。
一、随机性与统计规律
1．随机性
(1)必然事件：若在一定条件下，某事件必然出现，这个事件叫做必然事件。
(2)不可能事件：若在一定条件下某事件不可能出现，这个事件叫做不可能事件。
(3)随机事件：若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫做随机事件。
2．统计规律
大量随机事件的整体表现出一定的规律性，这种规律就是统计规律。热现象与大量分子热运动的统计规律有关。
二、气体分子运动的特点
1．运动的自由性：气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍左右，因此，除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间内可自由移动。
2．运动的无序性：分子的运动永不停息，杂乱无章，在某一时刻，向着任何方向运动的分子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目都相等。
3．运动的高速性：常温下，大多数气体分子的速率都达到数百米每秒，在数量级上相当于子弹的速率。
三、气体温度的微观意义
1．温度越高，分子的热运动越激烈。
2．理想气体的热力学温度T与分子的平均动能k成正比，即：T＝ak(式中a是比例常数)，因此可以说，温度是分子平均动能的标志。
四、气体压强的微观意义
1．气体压强的形成原因
气体作用在器壁上的压力是由碰撞产生的，一个气体分子和器壁的碰撞时间是极其短暂的，它施于器壁的作用力是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，从宏观上看，可以认为气体对器壁的作用力是持续的、均匀的。
2．气体压强的决定因素
(1)分子的平均动能与密集程度
从微观角度来看，气体分子的质量越大，速度越大，即分子的平均动能越大，每个气体分子撞一次器壁的作用力越大，而单位时间内气体分子撞击器壁的次数越多，对器壁的总压力也越大，而这一次数又取决于单位体积内的分子数(分子的密集程度)和平均动能(分子在容器中往返运动着，其平均动能越大，分子平均速率也越大，连续两次碰撞某器壁的时间间隔越短，即单位时间内撞击次数越多)。可见，从微观角度看，气体的压强决定于气体分子的平均动能和分子的密集程度。
(2)气体的温度和体积
从宏观角度看，一定质量的气体的压强跟气体的体积和温度有关。对于一定质量的气体，体积的大小决定分子的密集程度，而温度的高低是分子平均动能大小的标志。
五、对气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的平均密集程度增大，气体的压强就增大。
2．查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。
3．盖—吕萨克定律：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变。
判一判
(1)分子沿各个方向运动的机会相等。( )
(2)气体的温度升高时，所有气体分子的速率都增大。( )
(3)气体的温度越高，压强就一定越大。( )
提示：(1)√ (2)× (3)×
课堂任务 气体分子运动的特点及气体温度的微观意义
1．统计规律：由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调。单独看来，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫统计规律。
2．气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等。
3．大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少(速率大或小的分子数目少)的规律。
当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动，分子的平均速率增大，分子的热运动变激烈，因此说，温度是分子平均动能的标志。但具体到某一个气体分子，速率可能变大也可能变小，无法确定。
例1 在一定温度下，某种理想气体的分子速率分布应该是( )
A．每个气体分子速率都相等
B．每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很少
C．每个气体分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的
D．每个气体分子速率一般不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多
[规范解答] 物体里大量分子做无规则运动，速率大小各不相同，但分子的速率遵循一定的分布规律。气体的大多数分子速率在某个数值附近，离这个数值越近，分子数目越多，离这个数值越远，分子数目越少，呈现出“中间多、两头少”的分布规律。故正确答案为B。
[完美答案] B
某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则( )
A．TⅠ>TⅡ>TⅢ B．TⅢ>TⅡ>TⅠ
C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ
答案 B
解析 温度是气体分子平均动能的标志。由图象可以看出，大量分子的平均速率Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，因为是同种气体，则kⅢ>kⅡ>kⅠ，TⅢ>TⅡ>TⅠ，所以B正确，A、C、D错误。
课堂任务 气体压强的微观意义
气体的压强与大气压强
1．因密闭容器中的气体密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体的密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强都是大小相等的。
2．大气压却是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。
宏观因素和微观因素要分清，不可交叉考虑，宏观因素是温度和体积，微观因素是单位体积内分子个数(分子密度)和平均动能(冲力)。
例2 对于一定质量的气体，下列四个论述中正确的是( )
A．当分子热运动变剧烈时，压强必增大
B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变
C．当分子间平均距离变大时，压强必变大
D．当分子间平均距离变大时，压强必变小
[规范解答] 影响气体压强的是分子的平均动能和气体的分子数密度。
分子热运动变剧烈，表明气体温度升高，分子平均动能增大，但不知气体的分子数密度怎么变化，故压强的变化趋势不明确，A错误，B正确；分子间平均距离变大，表明气体的分子数密度变小，但因不知此时分子的平均动能怎么变，故气体的压强变化趋势不明确，C、D错误。
[完美答案] B
气体压强的分析技巧
(1)明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞。压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
(2)明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能。只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变化都不能决定压强的变化。
一定质量的气体，下列叙述中正确的是( )
A．如果体积减小，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
B．当温度一定时，如果压强增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
D．如果分子数密度增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
答案 B
解析 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数，是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的，A和D都是单位体积内的分子数增大，但分子的平均速率如何变化却不知道；对C，由温度升高可知分子的平均速率增大，但单位体积内的分子数如何变化未知，所以A、C、D都不正确。当温度一定时，气体分子的平均速率一定，此时气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表现，所以B正确。
课堂任务 对气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律
(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大，体积增大，压强减小。
(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子越密集，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大。
2．查理定律
(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大，温度降低，压强减小。
(2)微观解释：体积不变，则分子密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大。
3．盖—吕萨克定律
(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。
(2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素分子密度减小，所以气体的体积增大。
例3 (多选)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是( )
A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大
B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变
C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加
D．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变
[规范解答] 若单位体积内分子个数不变，说明体积不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大，A正确，B错误；若气体的压强不变而温度降低时，体积减小，则单位体积内分子个数一定增加，C正确，D错误。
[完美答案] AC
正确理解决定三个状态参量的微观因素间的关系
对一定质量的理想气体来说，分子密度和分子平均动能两个量中，只有一个变化时，都会导致压强变化，因此描述气体的三个状态参量变化时，至少有两个同时发生了变化。
在一定的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于 ( )
A．单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多
B．气体分子的密度变大，分子对器壁的吸引力变大
C．每个气体分子对器壁的平均撞击力变大
D．气体分子数密度增大，单位体积内分子重量变大
答案 A
解析 气体压强的微观表现是气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数与每个气体分子对器壁的平均撞击力的积，是由分子的平均动能和单位体积内的分子数共同决定。温度一定说明气体分子的平均动能不变，气体体积减小时，单位体积内分子数增多，故单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多，气体的压强增大。故A正确。
1．初步了解什么是“随机事件”和“统计规律”。
2．知道气体分子运动的特点。
3．理解气体温度的微观意义，知道气体分子速率的统计分布规律。
4．理解气体压强的微观意义，知道气体压强大小的决定因素。
5．理解分子动理论对三个气体实验定律的微观解释。
一、随机性与统计规律
1．随机性
(1)必然事件：若在一定条件下，某事件必然出现，这个事件叫做必然事件。
(2)不可能事件：若在一定条件下某事件不可能出现，这个事件叫做不可能事件。
(3)随机事件：若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫做随机事件。
2．统计规律
大量随机事件的整体表现出一定的规律性，这种规律就是统计规律。热现象与大量分子热运动的统计规律有关。
二、气体分子运动的特点
1．运动的自由性：气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍左右，因此，除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间内可自由移动。
2．运动的无序性：分子的运动永不停息，杂乱无章，在某一时刻，向着任何方向运动的分子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目都相等。
3．运动的高速性：常温下，大多数气体分子的速率都达到数百米每秒，在数量级上相当于子弹的速率。
三、气体温度的微观意义
1．温度越高，分子的热运动越激烈。
2．理想气体的热力学温度T与分子的平均动能k成正比，即：T＝ak(式中a是比例常数)，因此可以说，温度是分子平均动能的标志。
四、气体压强的微观意义
1．气体压强的形成原因
气体作用在器壁上的压力是由碰撞产生的，一个气体分子和器壁的碰撞时间是极其短暂的，它施于器壁的作用力是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，从宏观上看，可以认为气体对器壁的作用力是持续的、均匀的。
2．气体压强的决定因素
(1)分子的平均动能与密集程度
从微观角度来看，气体分子的质量越大，速度越大，即分子的平均动能越大，每个气体分子撞一次器壁的作用力越大，而单位时间内气体分子撞击器壁的次数越多，对器壁的总压力也越大，而这一次数又取决于单位体积内的分子数(分子的密集程度)和平均动能(分子在容器中往返运动着，其平均动能越大，分子平均速率也越大，连续两次碰撞某器壁的时间间隔越短，即单位时间内撞击次数越多)。可见，从微观角度看，气体的压强决定于气体分子的平均动能和分子的密集程度。
(2)气体的温度和体积
从宏观角度看，一定质量的气体的压强跟气体的体积和温度有关。对于一定质量的气体，体积的大小决定分子的密集程度，而温度的高低是分子平均动能大小的标志。
五、对气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的平均密集程度增大，气体的压强就增大。
2．查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。
3．盖—吕萨克定律：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。只有气体的体积同时增大，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变。
判一判
(1)分子沿各个方向运动的机会相等。( )
(2)气体的温度升高时，所有气体分子的速率都增大。( )
(3)气体的温度越高，压强就一定越大。( )
提示：(1)√ (2)× (3)×
课堂任务 气体分子运动的特点及气体温度的微观意义
1．统计规律：由于物体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调。单独看来，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律，这种规律叫统计规律。
2．气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等。
3．大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少(速率大或小的分子数目少)的规律。
当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动，分子的平均速率增大，分子的热运动变激烈，因此说，温度是分子平均动能的标志。但具体到某一个气体分子，速率可能变大也可能变小，无法确定。
例1 在一定温度下，某种理想气体的分子速率分布应该是( )
A．每个气体分子速率都相等
B．每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很少
C．每个气体分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的
D．每个气体分子速率一般不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多
[规范解答] 物体里大量分子做无规则运动，速率大小各不相同，但分子的速率遵循一定的分布规律。气体的大多数分子速率在某个数值附近，离这个数值越近，分子数目越多，离这个数值越远，分子数目越少，呈现出“中间多、两头少”的分布规律。故正确答案为B。
[完美答案] B
某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则( )
A．TⅠ>TⅡ>TⅢ B．TⅢ>TⅡ>TⅠ
C．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ
答案 B
解析 温度是气体分子平均动能的标志。由图象可以看出，大量分子的平均速率Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ，因为是同种气体，则kⅢ>kⅡ>kⅠ，TⅢ>TⅡ>TⅠ，所以B正确，A、C、D错误。
课堂任务 气体压强的微观意义
气体的压强与大气压强
1．因密闭容器中的气体密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体的密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强都是大小相等的。
2．大气压却是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。
宏观因素和微观因素要分清，不可交叉考虑，宏观因素是温度和体积，微观因素是单位体积内分子个数(分子密度)和平均动能(冲力)。
例2 对于一定质量的气体，下列四个论述中正确的是( )
A．当分子热运动变剧烈时，压强必增大
B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变
C．当分子间平均距离变大时，压强必变大
D．当分子间平均距离变大时，压强必变小
[规范解答] 影响气体压强的是分子的平均动能和气体的分子数密度。
分子热运动变剧烈，表明气体温度升高，分子平均动能增大，但不知气体的分子数密度怎么变化，故压强的变化趋势不明确，A错误，B正确；分子间平均距离变大，表明气体的分子数密度变小，但因不知此时分子的平均动能怎么变，故气体的压强变化趋势不明确，C、D错误。
[完美答案] B
气体压强的分析技巧
(1)明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞。压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
(2)明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能。只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变化都不能决定压强的变化。
一定质量的气体，下列叙述中正确的是( )
A．如果体积减小，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
B．当温度一定时，如果压强增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
D．如果分子数密度增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大
答案 B
解析 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数，是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的，A和D都是单位体积内的分子数增大，但分子的平均速率如何变化却不知道；对C，由温度升高可知分子的平均速率增大，但单位体积内的分子数如何变化未知，所以A、C、D都不正确。当温度一定时，气体分子的平均速率一定，此时气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表现，所以B正确。
课堂任务 对气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律
(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大，体积增大，压强减小。
(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子越密集，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大。
2．查理定律
(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大，温度降低，压强减小。
(2)微观解释：体积不变，则分子密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大。
3．盖—吕萨克定律
(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。
(2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素分子密度减小，所以气体的体积增大。
例3 (多选)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是( )
A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大
B．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变
C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加
D．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变
[规范解答] 若单位体积内分子个数不变，说明体积不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大，A正确，B错误；若气体的压强不变而温度降低时，体积减小，则单位体积内分子个数一定增加，C正确，D错误。
[完美答案] AC
正确理解决定三个状态参量的微观因素间的关系
对一定质量的理想气体来说，分子密度和分子平均动能两个量中，只有一个变化时，都会导致压强变化，因此描述气体的三个状态参量变化时，至少有两个同时发生了变化。
在一定的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于 ( )
A．单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多
B．气体分子的密度变大，分子对器壁的吸引力变大
C．每个气体分子对器壁的平均撞击力变大
D．气体分子数密度增大，单位体积内分子重量变大
答案 A
解析 气体压强的微观表现是气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数与每个气体分子对器壁的平均撞击力的积，是由分子的平均动能和单位体积内的分子数共同决定。温度一定说明气体分子的平均动能不变，气体体积减小时，单位体积内分子数增多，故单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多，气体的压强增大。故A正确。