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第八章 气 体
第八章 气 体
必然
不可能
可能
可能
随机事件
匀速直线
杂乱无章
相等
中间多、两头少
平均动能
密集程度
不变
增大
不变
增大
增大
增大
增大
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第4节 气体热现象的微观意义
1.知道什么是“统计规律”． 2.了解气体分子运动的特点：分子沿各个方向运动的机会均等，分子速率按一定规律分布． 3.能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，知道气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相互联系． 4．能用气体分子动理论解释三个气体实验定律．
一、随机性与统计规律 气体分子运动的特点 气体温度的微观意义
1．随机性与统计规律
(1)必然事件：在一定条件下必然出现的事件．
(2)不可能事件：在一定条件下不可能出现的事件．
(3)随机事件：在一定条件下可能出现，也可能不出现的事件．
(4)统计规律：大量的随机事件整体表现出的规律．
2．气体分子运动的特点
(1)自由性：气体分子距离比较大，分子间的作用力很弱，除相互碰撞或跟器壁碰撞外，可以认为分子不受力而做匀速直线运动，因而气体能充满它能达到的整个空间．
(2)随机性：分子之间频繁地发生碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变，分子的运动杂乱无章．
(3)规律性
①单个分子的运动是无规则的，具有不确定性，但大量分子在某一时刻，向任何一个方向运动的分子数目都相等，在宏观上表现为均衡性．
②气体分子的速率各不相同，但遵守速率分布规律，即出现“中间多、两头少”的分布规律．
1．(1)气体分子的运动是杂乱无章的，没有一定的规律．( )
(2)气体分子间除相互碰撞外，几乎无相互作用．( )
(3)大量气体分子的运动符合统计规律．( )
(4)理想气体没有分子势能．( )
提示：(1)× (2)√ (3)√ (4)√
二、气体压强的微观意义
1．气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞容器而产生的．
2．影响气体压强的两个因素
(1)气体分子的平均动能；
(2)分子的密集程度．
2．(1)密闭气体的压强是由气体受到重力而产生的．( )
(2)气体的温度越高，压强就一定越大．( )
(3)大气压强是由于空气受重力产生的．( )
提示：(1)× (2)× (3)√
三、对气体实验定律的微观解释
1．玻意耳定律的微观解释：温度不变，分子的平均动能不变．体积减小，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，气体的压强就增大．
2．查理定律的微观解释：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—吕萨克定律的微观解释：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．
3．(1)一定质量的理想气体，温度升高，分子的平均动能增大，因此压强必然增大．( )
(2)一定质量的理想气体，体积增大，气体分子的密集程度变小，压强必然减小．( )
(3)一定质量的理想气体，分子平均动能增大，分子密集程度增大，压强必然增大．( )
提示：(1)× (2)× (3)√
气体分子运动的特点和规律
1．气体分子运动的特点
(1)自由性：分子在两次碰撞之间，可认为不受力，做匀速直线运动．
(2)无规则性：分子之间频繁地碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变．
(3)机会均等性：大量分子运动的杂乱无章，使得分子在各个方向运动的机会均等．
2．分子速率分布规律
大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”的规律，当温度升高时，“中间多”这一高峰向速率大的一方移动，分子的平均速率增大，分子的热运动更剧烈．
(多选)下列关于气体分子运动的说法正确的是( )
A．分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间自由移动
B．分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动
C．分子沿各个方向运动的机会相等
D．分子的速率分布毫无规律
[解析] 分子的频繁碰撞使其做杂乱无章的无规则运动，除碰撞外，分子可做匀速直线运动，A、B对；大量分子的运动遵守统计规律，如分子向各方向运动机会均等，分子速率分布呈“中间多，两头少”的规律，C对，D错．
[答案] ABC
1.(多选)(2018·高考全国卷Ⅰ)氧气分子在0 ℃和100 ℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图中两条曲线所示．下列说法正确的是( )
A．图中两条曲线下面积相等
B．图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形
C．图中实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形
D．图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目
E．与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大
解析：选ABC．根据气体分子单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化曲线的意义可知，题图中两条曲线下面积相等，选项A正确；题图中虚线占百分比较大的分子速率较小，所以对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B正确；题图中实线占百分比较大的分子速率较大，分子平均动能较大，根据温度是分子平均动能的标志，可知实线对应于氧气分子在100 ℃时的情形，选项C正确；根据分子速率分布图可知，题图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目占总分子数的百分比，不能得出任意速率区间的氧气分子数目，选项D错误；由分子速率分布图可知，与0 ℃时相比，100 ℃时氧气分子速率出现在0～400 m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较小，选项E错误．
对气体压强微观意义的理解
1．气体压强的产生：单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续、均匀的压力．所以从分子动理论的观点来看，气体的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．决定气体压强大小的因素
(1)微观因素
①气体分子的密集程度：气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大．
②气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累积冲力就越大，气体压强就越大．
(2)宏观因素
①与温度有关：气体体积不变时，温度越高，气体的压强越大．
②与体积有关：气体温度不变时，体积越小，气体的压强越大．
(多选)对于一定量的稀薄气体，下列说法中正确的是( )
A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈
B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈
C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小
D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小
[解题探究] (1)影响气体压强的宏观因素是______________．
(2)影响气体压强的微观因素是________．
[解析] 一定量的稀薄气体，可以认为是理想气体．气体的压强增大可能是由气体的体积缩小而引起的，不一定是分子的热运动变得剧烈所致，A错误；在气体的体积增大时，气体分子的热运动一定变得剧烈，压强才会保持不变，B正确；气体压强增大可能是由气体的体积缩小而引起，这样气体分子的平均距离会变小，也可能是由于分子的热运动变得剧烈所致，而气体的体积不变，这时气体分子的平均距离不会变小，C错误；如果气体分子的热运动变得缓慢时，气体的体积减小一些，即气体分子的平均距离减小一些，气体的压强也可能减小，D正确．
[答案] BD
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．
(3)只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，不能根据任何单个因素的变化确定压强是否变化.
2.关于密闭容器中气体的压强，下列说法正确的是( )
A．气体压强是由于气体分子相互作用产生的
B．气体压强是由于气体分子碰撞容器壁产生的
C．气体压强是由于气体的重力产生的
D．气体温度越高，压强就一定越大
解析：选B．气体的压强是由容器内的大量分子撞击器壁产生的，A、C错，B对；气体的压强受温度、体积影响，温度升高，若体积变大，压强不一定增大，D错．
气体实验定律的微观解释
从微观角度解释气体实验定律，要明确宏观和微观两个对应关系，即温度与分子平均动能相对应，体积与分子密集程度相对应．
对一定质量的理想气体，若温度不变，体积变化，分子密度必然发生变化，必引起压强变化；若体积不变，温度变化，则分子平均动能发生变化，那么气体的压强必然发生变化；若气体的压强发生变化，必然是决定气体压强的因素发生变化，即气体分子密度或气体分子的平均动能发生变化．所以说气体状态发生变化时，不可能只一个参量发生变化，其他两个参量不变．
(多选)对一定质量的理想气体，下列说法中正确的是( )
A．体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大
B．温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小
C．压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小
D．温度升高，压强和体积可能都不变
[解析] 根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密集程度减小，B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密集程度增大，C错误；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错误．
[答案] AB
3.(多选)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为( )
A．气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大
B．单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多
C．气体分子的总数增加
D．气体分子的密度增大
解析：选BD．气体经等温压缩，温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变，故气体分子每次碰撞器壁的冲力不变，A错；由玻意耳定律知气体体积减小、分子密度增加，故单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多，B对；气体体积减小、密度增大，但分子总数不变，C错，D对．
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