物理 第8章 氣體 第4節(jié) 氣體熱現(xiàn)象的微觀意義 新人教版選修3-3

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1、物 理選修選修3-3 人教版人教版第八章氣體氣體第四節(jié)氣體熱現(xiàn)象的微觀意義第四節(jié)氣體熱現(xiàn)象的微觀意義知道氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)知道氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)掌握氣體壓強(qiáng)的微觀意義掌握氣體壓強(qiáng)的微觀意義了解氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋了解氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋1 1課前預(yù)習(xí)課前預(yù)習(xí)2 2課內(nèi)探究課內(nèi)探究3 3素養(yǎng)提升素養(yǎng)提升4 4課堂達(dá)標(biāo)課堂達(dá)標(biāo)5 5課時作業(yè)課時作業(yè)課課 前前 預(yù)預(yù) 習(xí)習(xí) 1必然事件 在一定條件下_出現(xiàn)的事件。 2不可能事件 在一定條件下_出現(xiàn)的事件。 3隨機(jī)事件 在一定條件下，_出現(xiàn)，也_不出現(xiàn)的事件。 4統(tǒng)計規(guī)律 大量的_整體表現(xiàn)出的規(guī)律。隨機(jī)性與統(tǒng)計規(guī)律隨機(jī)性與統(tǒng)計規(guī)律必然必然不可能不可能

2、可能可能可能可能隨機(jī)事件隨機(jī)事件 1氣體分子運(yùn)動的三個特性：氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)勻速直線勻速直線 雜亂無章雜亂無章 相等相等 中間多、兩頭少中間多、兩頭少 增大增大 越高越高 溫度溫度 1氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因 氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁地_而產(chǎn)生的。 2影響氣體壓強(qiáng)的兩個因素 (1)氣體分子的_ (2)分子的_氣體壓強(qiáng)的微觀意義氣體壓強(qiáng)的微觀意義碰撞器壁碰撞器壁平均動能平均動能密集程度密集程度 1玻意耳定律的微觀解釋 一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變時，分子的_是一定的。在這種情況下，體積減小時，分子的_增大，氣體的壓強(qiáng)就增大。 2查理定律的微觀解釋 一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變時

3、，分子的_保持不變。在這種情況下，溫度升高時，分子的_增大，氣體的壓強(qiáng)就增大。 3蓋呂薩克定律的微觀解釋 一定質(zhì)量的氣體，溫度升高時，分子的_增大。在這種情況下只有氣體的_同時增大，使分子的_減小，才能保持壓強(qiáng)不變。對氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋對氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋平均動能平均動能密集程度密集程度密集程度密集程度平均動能平均動能平均動能平均動能體積體積密集程度密集程度 判一判 (1)大量隨機(jī)事件的整體會表現(xiàn)出一定的規(guī)律性。( ) (2)氣體的壓強(qiáng)是由氣體受到重力而產(chǎn)生的。( ) (3)氣體的溫度越高，壓強(qiáng)就一定越大。( ) (4)大氣壓強(qiáng)是由于空氣受重力產(chǎn)生的。( ) (5)氣體分子的速率各不相

4、同，但遵守速率分布規(guī)律，即出現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律。( ) 解析：分子速率分布曲線是正態(tài)分布，一定溫度下氣體分子速率很大和很小的占總分子數(shù)的比率都很少，呈現(xiàn)“中間多，兩頭少”的規(guī)律，只有曲線符合實(shí)際情況。本題易錯選B，注意到曲線上速率為零的分子占有總分子數(shù)的比率是某一值，這是不可能的，因?yàn)榉肿釉谧鲇啦煌Ｏ⒌臒o規(guī)則熱運(yùn)動。 想一想 自行車的輪胎沒氣后會變癟，用打氣筒向里打氣，打進(jìn)去的氣越多，輪胎會越“硬”。你怎樣用分子動理論的觀點(diǎn)來解釋這種現(xiàn)象？(假設(shè)輪胎的容積和氣體的溫度不發(fā)生變化) 答案：輪胎的容積不發(fā)生變化，隨著氣體不斷地打入，輪胎內(nèi)氣體分子的密集程度不斷增大，溫度不變意味著氣體分

5、子的平均動能沒有發(fā)生變化，故氣體壓強(qiáng)不斷增大，輪胎會越來越“硬”。課課 內(nèi)內(nèi) 探探 究究 如圖所示為一定質(zhì)量的氧氣分子在0和100兩種不同情況下的速率分布情況。探究一統(tǒng)計規(guī)律與氣體分子運(yùn)動特點(diǎn)探究一統(tǒng)計規(guī)律與氣體分子運(yùn)動特點(diǎn) (1)溫度升高，所有分子的運(yùn)動速率均變大嗎？ (2)結(jié)合圖象，你能總結(jié)出氣體分子運(yùn)動速率的特點(diǎn)嗎？ 提示：(1)不是 (2)個別分子的運(yùn)動情況無法確定，但大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的規(guī)律。 1對統(tǒng)計規(guī)律的理解 (1)個別事件的出現(xiàn)具有偶然因素，但大量事件出現(xiàn)的機(jī)會，卻遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律。 (2)從微觀角度看，由于氣體是由數(shù)量極多的分子組成的，這些分子并沒

6、有統(tǒng)一的運(yùn)動步調(diào)，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)動卻有一定的規(guī)律。 2如何正確理解氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn) (1)氣體分子距離大(約為分子直徑的10倍)，分子力非常小(可忽略)，可以自由運(yùn)動，所以氣體沒有一定的體積和形狀。 (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，因此氣體分子沿各個方向運(yùn)動的機(jī)會(幾率)相等。 特別提醒：單個或少量分子的運(yùn)動是“個性行為”，具有不確定性。大量分子運(yùn)動是“集體行為”，具有規(guī)律性即遵守統(tǒng)計規(guī)律。 如圖1所示，在斯特林循環(huán)的pV圖象中，一定質(zhì)量理想氣體從狀態(tài)

7、A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，整個過程由兩個等溫和兩個等容過程組成，BC的過程中，單位體積中的氣體分子數(shù)目_(選填“增大”、“減小”或“不變”)，狀態(tài)A和狀態(tài)D的氣體分子熱運(yùn)動速率的統(tǒng)計分布圖象如圖2所示，則狀態(tài)A對應(yīng)的是_(選填“”或“”)。不變不變 解題指導(dǎo)：根據(jù)氣體分子運(yùn)動的特點(diǎn)求解。 解析：從BC的過程中，氣體的體積不變，因此單位體積中氣體分子數(shù)目不變，從狀態(tài)D到狀態(tài)A，氣體的體積不變，壓強(qiáng)減小，溫度降低，分子平均動能減小，因此A狀態(tài)對應(yīng)的是。 對點(diǎn)訓(xùn)練1 (多選)下列關(guān)于氣體分子運(yùn)動的說法正確的是( ) A分子除相互碰撞或跟容器碰撞外，可在空間自由移動 B分子的頻繁碰撞致使

8、它做雜亂無章的熱運(yùn)動 C分子沿各個方向運(yùn)動的機(jī)會相等 D分子的速率分布毫無規(guī)律 解析：分子的頻繁碰撞使其做雜亂無章的無規(guī)則運(yùn)動，除碰撞外，分子可做勻速直線運(yùn)動，A、B對。大量分子的運(yùn)動遵守統(tǒng)計規(guī)律，如分子向各方向運(yùn)動機(jī)會均等，分子速率分布呈“中間多，兩頭少”的規(guī)律，C對，D錯。 ABC 試用氣體分子熱運(yùn)動的觀點(diǎn)解釋：在炎熱的夏天，打足了氣的汽車輪胎在日光的曝曬下容易脹破。 提示：在日光曝曬下，胎內(nèi)氣體溫度顯著升高，氣體分子熱運(yùn)動加劇，分子的平均動能增大，使氣體壓強(qiáng)進(jìn)一步加大，這樣氣體的壓強(qiáng)一旦超過輪胎的承受能力，輪胎便脹破。探究二氣體壓強(qiáng)的微觀意義探究二氣體壓強(qiáng)的微觀意義 1產(chǎn)生原因 單個分子

9、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。氣體的壓強(qiáng)等于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(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；

10、與體積有關(guān)：體積越小，氣體的壓強(qiáng)越大。 (3)氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)不同 大氣壓強(qiáng)由重力而產(chǎn)生，隨高度增大而減小。 氣體壓強(qiáng)是由大量分子撞擊器壁產(chǎn)生的，大小不隨高度而變化。C 解題指導(dǎo)：解決此類問題的關(guān)鍵是： (1)了解氣體壓強(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)的碰撞產(chǎn)生的。壓強(qiáng)就是大量氣體分子在單位時間內(nèi)作用在器壁單位面積上的平均作用力。 (2)明確氣體壓強(qiáng)的決定因素氣體分子的密集程度與平均動能。 解析：逐項分析如下：選項選項診斷診斷結(jié)論結(jié)論A對對(甲甲)容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是由于液體受到重力作用，而容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是由于液體受到重力作用，而(乙乙)容器容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是分子撞擊器

11、壁產(chǎn)生的壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁產(chǎn)生的BC液體的壓強(qiáng)液體的壓強(qiáng)pgh，hAhB，可知，可知pApB，而密閉容器中氣體壓強(qiáng)各，而密閉容器中氣體壓強(qiáng)各處均相等，與位置無關(guān)，處均相等，與位置無關(guān)，pCpDD溫度升高時，溫度升高時，pA、pB不變，而不變，而pC、pD增大增大探究三氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋探究三氣體實(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)減小。 (2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動能不變。體積減小，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，如圖所示。 2查理定律 (1)宏觀

12、表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，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，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng)增大，如圖所示。 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，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)的另一個因素分子密度減小，所以氣體的體積增大，如圖所示。 (多選)對于一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)它們的壓強(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

13、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)增大，體積減小時，其分子平均動能一定不變 D壓強(qiáng)減小，體積增大時，其分子平均動能可能增大 解題指導(dǎo)：對于這類定性判斷的問題，可從兩個途徑進(jìn)行分析：一是從微觀角度分析；二是用理想氣體狀態(tài)方程分析。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，單位體積的分子數(shù)增加。根據(jù)氣體的壓強(qiáng)與單位體積內(nèi)的分子數(shù)和分子的平均動能這兩個因素的關(guān)系，可判知A、D選項正確，B、C選項錯誤。 對點(diǎn)訓(xùn)練3 (北京市海淀區(qū)2018屆高三下學(xué)期期末)一定質(zhì)量的理想氣體，保持溫度不變的情況下壓縮體積，氣體壓強(qiáng)變大。下列說法正確的是

14、( ) A氣體分子平均動能增大 B氣體分子平均動能減小 C單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加 D單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少 解析：溫度不變，氣體分子平均動能不變，體積減小，密度增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加，故A、B、D錯誤，C正確。C素素 養(yǎng)養(yǎng) 提提 升升 1因密閉容器中的氣體密度一般很小，由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小，可忽略不計，故氣體壓強(qiáng)由氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生，大小由氣體的密度和溫度決定，與地球的引力無關(guān)，氣體對上下左右器壁的壓強(qiáng)都是大小相等的。 2大氣壓是由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)。如果沒有地球引力作用，地球表面就沒有大氣，從而也不會有大氣壓。地面大氣壓的值與地球表面

15、積的乘積，近似等于地球大氣層所受的重力值。大氣壓強(qiáng)最終還是通過分子碰撞實(shí)現(xiàn)對放入其中的物體產(chǎn)生壓強(qiáng)。密閉容器中氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的差別密閉容器中氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的差別 下面關(guān)于氣體壓強(qiáng)的說法正確的是( ) A氣體壓強(qiáng)是由于氣體受到重力而產(chǎn)生的 B失重情況下氣體對器壁不會產(chǎn)生壓強(qiáng) C氣體對容器底的壓強(qiáng)比側(cè)壁壓強(qiáng)大 D氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子不斷地碰撞器壁而產(chǎn)生的 解析：氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子不斷對容器壁碰撞而產(chǎn)生的，而不是由于氣體本身的重力而產(chǎn)生的，所以A錯誤，D正確；在失重情況下氣體分子的熱運(yùn)動不會受到影響，對器壁的壓強(qiáng)不會變化，B錯誤；氣體的密度很小，重力的影響可以忽略不計，所以氣體對器壁的壓強(qiáng)各處都是相等的，C錯誤。D