1、4 气体热现象的微观意义,第八章气体,学科素养与目标要求,1.了解什么是统计规律. 2.知道气体分子运动的特点.,物理观念：,1.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. 2.能用气体分子动理论解释三个气体实验定律.,科学思维：,通过将豆粒连续倒在秤盘上，模拟气体压强的产生机理，帮助学生理解气体压强.,科学探究：,自主预习,01,1.必然事件：在一定条件下 出现的事件. 2.不可能事件：在一定条件下 出现的事件. 3.随机事件：在一定条件下可能出现，也可能 的事件. 4.统计规律：大量 的整体会表现出一定的规律.,随机性与统计规律,
2、一,不可能,必然,不出现,随机事件,气体分子运动的特点,二,1.气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍左右，通常认为除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，做匀速直线运动. 2.在某一时刻，向着任何一个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,气体温度的微观意义,三,1.温度越高，分子的热运动越 .大量气体分子的速率呈“ ”的规律分布.当温度升高时，气体分子的速率分布图“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率增大. 2.温度是分子 的标志.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能 成正比，即Ta
3、 ，式中a是比例常数.,激烈,中间多、两头少,平均动能,气体压强的微观意义,四,1.气体压强的大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的 . 2.产生原因：大量气体分子对器壁的碰撞引起的. 3.决定因素：(1)微观上决定于分子的 和分子的 ； (2)宏观上决定于气体的 和 .,平均作用力,平均动能,密集程度,温度T,体积V,对气体实验定律的微观解释,五,1.玻意耳定律的微观解释 一定质量的某种理想气体， 保持不变时，分子的平均动能不变.体积减小时，分子的密集程度 (填“增大”或“减小”)，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数就增多，气体的压强就 (填“增大”或“减小”). 2.查理定律的微观解释
4、 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，温度升高时，分子的平均动能 (填“增大”或“减小”)，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强 (填“增大”或“减小”).,增大,增大,增大,增大,温度,3.盖吕萨克定律的微观解释 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能 (填“增大”或“减小”)，分子撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需使影响压强的另一个因素即分子的密集程度减小，所以气体的体积 (填“增大”或“减小”).,增大,增大,1.判断下列说法的正误. (1)气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大.() (2)温度相同时，各种气体分子的平均速率都相同
5、.() (3)密闭容器中气体的压强是由于分子间的相互作用力而产生的.() (4)气体分子的平均动能越大，分子越密集，气体压强越大.() (5)一定质量的某种理想气体，若p不变，V增大，则T增大，是由于分子密集程度减小，要使压强不变，需使分子的平均动能增大.(),即学即用,2.密闭在钢瓶中的理想气体，温度升高时压强增大.从分子动理论的角度分析，这是由于分子热运动的_增大了.该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图象如图1所示，则T1_(选填“大于”或“小于”)T2.,平均动能,小于,图1,重点探究,02,(1)抛掷一枚硬币时，其正面有时向上，有时向下，抛掷次数较少和次数很多时，会有什么规律？,导
6、学探究,对气体分子运动特点的理解,一,答案抛掷次数较少时，正面向上或向下完全是偶然的，但次数很多时，正面向上或向下的概率是相等的.,(2)气体分子间的作用力很小，若没有分子力作用，气体分子将处于怎样的自由状态？,答案无碰撞时气体分子将做匀速直线运动，但由于分子之间的频繁碰撞，使得气体分子的速度大小和方向频繁改变，运动变得杂乱无章.,(3)温度不变时，每个分子的速率都相同吗？温度升高，所有分子运动速率都增大吗？,答案分子在做无规则运动，造成其速率有大有小.温度升高时，所有分子热运动的平均速率增大，即大部分分子的速率增大了，但也有少数分子的速率减小.,1.对统计规律的理解 (1)个别事物的出现具有
7、偶然因素，但大量事物出现的机会却遵从一定的统计规律. (2)从微观角度看，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，单独来看，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. 2.气体分子运动的特点 (1)气体分子之间的距离很大，大约是分子直径的10倍，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，在空间自由移动.所以气体没有确定的形状和体积，其体积等于容器的容积. (2)分子的运动杂乱无章，在某一时刻，气体分子沿各个方向运动的机会(机率)相等. (3)每个气体分子都在做永不停息的无规则运动，常温下大多数气体分子的速率都达到数
8、百米每秒，在数量级上相当于子弹的速率.,知识深化,3.气体温度的微观意义 (1)温度越高，分子的热运动越激烈. (2)气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布.当温度升高时，某一分子在某一时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“中间多”的分子速率值增加(如图2所示).,图2,(3)理想气体的热力学温度T与分子的平均动能 成正比，即：Ta (式中a是比例常数)，这表明，温度是分子平均动能的标志.,例1(多选)对于气体分子的运动，下列说法正确的是 A.一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁，但同一时刻，每个分子的速率 都相等 B.一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等
9、，但速率很大和速率很小的分子数目 相对较少 C.一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动可能会出现某一时刻所有分子都朝 同一方向运动的情况 D.一定温度下某理想气体，当温度升高时，其中某10个分子的平均动能可能减小,解析一定温度下某理想气体分子碰撞十分频繁，单个分子运动杂乱无章，速率不等，但大量分子的运动遵从统计规律，速率很大和速率很小的分子数目相对较少，向各个方向运动的分子数目相等，A、C错，B对； 温度升高时，大量分子平均动能增大，但个别或少量(如10个)分子的平均动能有可能减小，D对.,总结提升,气体分子的运动是杂乱无章、无规则的，研究单个的分子无实际意义，我们研究的是大量分子的统计规
10、律.,例2(多选)(2019吉林省实验中学高二下期中)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3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0 时的情形 D.图中曲线给出了任意单位速率间隔的氧气分子数目,图3,解析由题图可知，在0 和100 两种不同情况下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比与分子速率间的关系图线与横轴所围面积都应该等于1，即相等，故A正确； 由题图可知，具有最大比例的单位速率间隔，0 时对应的速率小，故说明虚线对应于氧气分子在0
11、 时的情形，实线为100 时的情形，故B正确，C错误； 图中曲线给出了任意单位速率间隔的氧气分子占据的比例，但无法确定分子具体数目，故D错误.,气体压强的微观意义,二,(1)如图甲所示，密闭容器内封闭一定质量的气体，气体的压强是由气体分子间的斥力产生的吗？,导学探究,答案不是，是分子撞击器壁而产生的.,(2)把一颗豆粒拿到台秤上方约10 cm的位置，放手后使它落在秤盘上，观察秤的指针的摆动情况.如图乙所示，再从相同高度把100粒或更多的豆粒连续地倒在秤盘上，观察指针的摆动情况.使这些豆粒从更高的位置落在秤盘上，观察指针的摆动情况.用豆粒做气体分子的模型，试说明气体压强产生的原理.,答案气体压强
12、的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能，一个是分子的密集程度.,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 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.,知识深化,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
13、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，累计冲力就越大，气体压强就越大. (2)宏观因素 与温度有关：体积一定时，温度越高，气体的压强越大. 与体积有关：温度一定时，体积越小，气体的压强越大.,3.气体压强与大气压强的区别与联系,例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.气体分子的密集程度增大,解析理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密集程度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子
14、的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的平均冲力不变，故B、D正确，A、C错误.,对气体实验定律的微观解释,三,(1)如何从微观角度来解释气体实验定律？,答案从决定气体压强的微观因素上来解释，即气体分子的平均动能和气体分子的密集程度.,导学探究,(2)自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”.你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象？(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化),答案轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的密集程度不断增大，温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化，单位时间内单位面积上碰撞次数增多，故气体压强不断增大，轮胎会越来
15、越“硬”.,1.用气体分子动理论解释玻意耳定律 一定质量(m)的理想气体，其分子总数(N)是一个定值，当温度(T)保持不变时，则分子的平均速率(v)也保持不变，当其体积(V)增大为原来的n倍时，单位体积内的分子数(N0)则变为原来的n分之一，因此气体的压强也减为原来的n分之一；反之若体积减小为原来的n分之一，压强则增大为原来的n倍，即压强与体积成反比.这就是玻意耳定律. 2.用气体分子动理论解释查理定律 一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的，体积(V)保持不变时，其单位体积内的分子数(N0)也保持不变，当温度(T)升高时，其分子运动的平均速率(v)也增大，则气体压强(p)也增大；反之当
16、温度(T)降低时，气体压强(p)也减小.这与查理定律的结论一致.,知识深化,3.用气体分子动理论解释盖吕萨克定律 一定质量(m)的理想气体的总分子数(N)是一定的，要保持压强(p)不变，当温度(T)升高时，气体分子运动的平均速率(v)会增加，那么单位体积内的分子数(N0)一定要减小(否则压强不可能不变)，因此气体体积(V)一定增大；反之当温度降低时，同理可推出气体体积一定减小.这与盖吕萨克定律的结论是一致的.,例4(多选)关于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，气体的密集程度一定减小 C.压强不变，温度降低时，
17、气体的密集程度一定减小 D.温度升高，压强和体积可能都不变,解析体积不变，分子的密集程度就保持不变，压强增大，说明分子的平均撞击力变大了，即分子的平均动能增大了，A正确. 温度不变，分子平均动能不变，压强减小，说明单位时间内撞击器壁的分子数在减小，表明气体的密集程度减小了，B正确. 温度降低，分子平均动能减小，分子撞击器壁的作用力减小，要保持压强不变，则要增大单位时间内撞击器壁的分子数，即气体的密集程度要增大，C错误. 温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错误.,方法总结,对气体实验定律的解释，注意从两个途径进行分析：一是从微观角度分析，二是从理想气体状态方程分析.,达标检测,03,1
18、.(气体分子运动的特点)如图4是氧气分子在不同温度(0 和100 )下的速率分布图，由图可得,解析温度升高后，并不是每一个氧气分子的速率都增大，而是氧气分子的平均速率变大，并且速率小的分子所占的比例减小，B、C、D错误； 同一温度下，氧气分子的速率呈现出“中间多、两头少”的分布规律，A正确.,1,2,3,4,图4,A.同一温度下，氧气分子的速率呈现出“中间多、两 头少”的分布规律 B.随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大 C.随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的 比例增加 D.随着温度的升高，氧气分子的平均速率变小,2.(气体压强的微观解释)(2018濮阳市模拟)对一定质量的气体
19、，下列叙述正确的是 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多 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 一定增多 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多 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多,1,2,3,4,1,2,3,4,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，选项A和D都是单位体积内的分子数增多，但分子的平均速率如何变化却不知道； 对选项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
20、如何变化未知，所以选项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，所以选项B是正确的.,3.(气体实验定律的微观解释)如图5所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程是 A.气体的温度不变 B.气体的内能增加 C.气体分子的平均速率减小 D.气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数不变,1,2,3,4,图5,解析从pV图象中的AB图线看，气体由状态A变到状态B为等容升压，根据查理定律，一定质量的理想气体，当体积不变时，压强跟热力学温度成正比，由A到B是压强增大，温度升高，故A错误； 气体的温度升高，内能增加，故B正确； 气体的温度升高，分子平均速率增加，故C错误； 气体体积不变，分子密集程度不变，温度升高，分子平均速率增大，则气体分子在单位时间内与单位面积器壁的碰撞次数增加，故D错误.,1,2,3,4,4.(气体实验定律的微观解释)(多选)(2019三亚华侨学校高二上期中)一定质量的理想气体，体积变大的同时，温度也升高了，那么下面判断正确的是 A.气体分子平均动能增大 B.单位体积内分子数目增多 C.气体的压强一定保持不变 D.气体的压强可能变大,1,2,3,4,
