高二物理課件 8.4 《氣體熱現(xiàn)象的微觀意義》 （人教選修3-3）

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歡迎進入物理課堂 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 這些分子并沒有統(tǒng)一的運動步調(diào) 單獨來看 各個分子的運動都是不規(guī)則的 帶有偶然性 但從總體來看 大量分子的運動卻有一定的規(guī)律 2 如何正確理解氣體分子運動的特點 1 氣體分子距離大 約為分子直徑的10倍 分子力小 可忽略 可以自由運動 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動 因此氣體分子沿各個方向運動的機會 幾率 相等 3 大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)中間多 占有分子數(shù)目多 兩頭少 速率大或小的分子數(shù)目少 的規(guī)律 4 當溫度升高時 中間多 的這一 高峰 向速率大的一方移動 即速率大的分子數(shù)目增多 速率小的分子數(shù)目減少 分子的平均速率增大 分子的熱運動劇烈 定量的分析表明理想氣體的熱力學(xué)溫度T與分子的平均動能成正比 即因此說 溫度是分子平均動能的標志 單個或少量分子的運動是 個性行為 具有不確定性 大量分子運動是 集體行為 具有規(guī)律性即遵守統(tǒng)計規(guī)律 典例1 2010 福建高考 1859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 后來有許多實驗驗證了這一規(guī)律 若以橫坐標v表示分子速率 縱坐標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 下面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 填選項字母 解題指導(dǎo) 根據(jù)氣體分子速率分布規(guī)律 標準解答 選D 氣體分子速率分布規(guī)律是中間多 兩頭少 且分子不停地做無規(guī)則運動 沒有速度為零的分子 故選D 規(guī)律方法 氣體分子速度分布規(guī)律 1 在一定溫度下 所有氣體分子的速率都呈 中間多 兩頭少 的分布 2 溫度越高 速率大的分子所占比例越大 3 溫度升高 氣體分子的平均速率變大 但具體到某一個氣體分子 速率可能變大也可能變小 無法確定 變式訓(xùn)練 氣體分子永不停息地做無規(guī)則運動 同一時刻都有向不同方向運動的分子 速率也有大有小 如表是氧氣分別在0 和100 時 同一時刻在不同速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比 由表得出下列結(jié)論 A 氣體分子的速率大小基本上是均勻分布的 每個速率區(qū)間的分子數(shù)大致相同B 大多數(shù)氣體分子的速率處于中間值 少數(shù)分子的速率較大或較小C 隨著溫度升高 所有氣體分子的速率都增大D 氣體分子的平均速率基本上不隨溫度的變化而變化 解析 選B 由表格可以看出在0 和100 兩種溫度下 分子速率在200 700m s之間的分子數(shù)的比例較大 由此可得出A錯誤 B正確 溫度升高時速率大的分子數(shù)占的百分比增大 故D錯 由表中數(shù)據(jù)得不出每個分子的運動情況 故不能確定所有分子的速率都增大 故C項錯誤 1 氣體壓強的產(chǎn)生 單個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 就對器壁產(chǎn)生持續(xù) 均勻的壓力 所以從分子動理論的觀點來看 氣體的壓強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)就越多 氣體壓強就越大 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 氣體壓強就越大 2 宏觀因素 與溫度有關(guān) 溫度越高 氣體的壓強越大 與體積有關(guān) 體積越小 氣體的壓強越大 3 氣體壓強與大氣壓強不同大氣壓強由重力而產(chǎn)生 并且隨高度增大而減小 典例2 對于一定質(zhì)量的氣體 下列四個論述中正確的是 A 當分子熱運動變劇烈時 壓強必增大B 當分子熱運動變劇烈時 壓強可以不變C 當分子間平均距離變大時 壓強必變大D 當分子間平均距離變大時 壓強必變小 解題指導(dǎo) 解答本題應(yīng)注意以下兩點 1 氣體分子的平均動能 2 氣體分子的密集程度 標準解答 選B 分子熱運動變劇烈 表明氣體溫度升高 分子平均動能增大 但不知氣體的分子密集程度如何變化 故壓強的變化趨勢不明確 A錯B對 分子間平均距離變大 表明氣體的分子密集程度變小 但因不知此時分子的平均動能如何變 故氣體的壓強不知如何變化 C D錯 規(guī)律方法 解氣體壓強的技巧 1 明確氣體壓強產(chǎn)生的原因 大量做無規(guī)則運動的分子對器壁頻繁持續(xù)的碰撞 壓強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 明確氣體壓強的決定因素 氣體分子的密集程度與平均動能 3 只有知道了這兩個因素的變化 才能確定壓強的變化 任何單個因素的變化都不能決定壓強是否變化 變式訓(xùn)練 如圖所示 兩個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 A 兩容器中器壁的壓強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都是由所裝物質(zhì)的重力而產(chǎn)生的C 甲容器中pA pB 乙容器中pC pDD 當溫度升高時 pA pB變大 pC pD也要變大 解析 選C 甲容器壓強產(chǎn)生的原因是液體受到重力的作用 而乙容器壓強產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁 A B錯 液體的壓強p gh hA hB 可知pA pB 而密閉容器中氣體壓強各處均相等 與位置無關(guān) pC pD C對 溫度升高時 pA pB不變 而pC pD增大 D錯 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 壓強增大 體積增大 壓強減小 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 氣體的壓強就越大 2 查理定律 1 宏觀表現(xiàn) 一定質(zhì)量的氣體 在體積保持不變時 溫度升高 壓強增大 溫度降低 壓強減小 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 所以氣體的壓強增大 3 蓋 呂薩克定律 1 宏觀表現(xiàn) 一定質(zhì)量的氣體 在壓強不變時 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 而要使壓強不變 則需影響壓強的另一個因素分子密度減小 所以氣體的體積增大 典例3 2011 南寧高二檢測 對一定質(zhì)量的理想氣體 下列說法正確的是 A 體積不變 壓強增大時 氣體分子的平均動能一定增大B 溫度不變 壓強減小時 氣體的密度一定減小C 壓強不變 溫度降低時 氣體的密度一定減小D 溫度升高 壓強和體積都可能不變 解題指導(dǎo) 對氣體實驗定律的解釋要緊緊圍繞決定氣體壓強的兩個因素 氣體分子的密集程度與分子平均動能進行分析討論 標準解答 選A B 根據(jù)氣體壓強 體積 溫度的關(guān)系可知 體積不變 壓強增大時 氣體的溫度增大 氣體分子的平均動能增大 選項A正確 溫度不變 壓強減小時 氣體體積增大 氣體的密集程度減小 B正確 壓強不變 溫度降低時 體積減小 氣體的密集程度增大 C錯 溫度升高 壓強 體積中至少有一個發(fā)生改變 D錯 規(guī)律方法 對氣體實驗定律的微觀解釋對一定質(zhì)量的氣體 等溫變化 溫度不變 分子的平均動能不變 若體積增大 則分子的密集程度減小 與單位面積撞擊的分子數(shù)減少 故壓強減小 等壓變化 當溫度升高時 氣體分子的平均動能增大 壓強有增大的趨勢 體積膨脹 而氣體分子密集程度減小 壓強有減小的趨勢 兩者效果抵消 氣體壓強保持不變 等容變化 氣體的體積不變 則氣體分子的密集程度保持不變 當溫度升高時 氣體分子的平均動能增大 因此單位面積上的壓力會變大 氣體的壓強將增大 變式訓(xùn)練 對一定質(zhì)量的氣體 若用N表示單位時間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù) 則 A 當體積減小時 N必定增加B 當溫度升高時 N必定增加C 當壓強不變而體積和溫度變化時 N必定變化D 當體積不變而壓強和溫度變化時 N可能不變 解析 選C 一定質(zhì)量的氣體 在單位時間內(nèi)與器壁單位面積的碰撞次數(shù) 取決于分子的密集程度和分子運動的劇烈程度 即與體積和溫度有關(guān) 故A B錯 壓強不變 說明氣體分子對器壁單位面積上的撞擊力不變 若溫度改變 則氣體分子平均動能必改變 要保持撞擊力不變 則碰撞次數(shù)必改變 故C項正確 若體積不變 單位體積內(nèi)分子數(shù)不變 但溫度變了 即分子運動劇烈程度變了 則N一定改變 故D項錯誤 變式備選 一定質(zhì)量的理想氣體經(jīng)歷等溫壓縮過程時 氣體壓強增大 從分子動理論觀點來分析 這是因為 A 氣體分子的平均動能增大B 單位時間內(nèi) 器壁單位面積上分子碰撞的次數(shù)增多C 氣體分子數(shù)增加D 氣體分子對器壁的碰撞力變大 解析 選B 溫度不發(fā)生變化 分子平均動能不變 分子對器壁的碰撞力不變 故A D錯 質(zhì)量不變 分子總數(shù)不變 C項錯誤 體積減小氣體分子密集程度增大 單位時間內(nèi)器壁單位面積上分子碰撞次數(shù)增多 故B項正確 典例 如圖為一定質(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 由圖可以判斷以下說法中正確的是 A 溫度升高 所有分子的運動速率均變大B 溫度越高 分子的平均速率越小C 0 和100 氧氣分子的速率都呈現(xiàn) 中間多 兩頭少 的分布特點D 100 的氧氣與0 的氧氣相比 速率大的分子所占比例較大 解題指導(dǎo) 掌握氣體分子運動的特點是解決此類問題的關(guān)鍵 熱學(xué)統(tǒng)計規(guī)律顯示氣體分子的速率呈現(xiàn) 中間多 兩頭少 的分布 且溫度升高分子的平均速率增大 速率大的分子所占比例較大 標準解答 選D 溫度升高了分子的無規(guī)則運動加劇 故A B項均錯 而每次撞擊更強烈了 但壓強減小了 所以單位時間內(nèi)氣體分子對單位面積的撞擊次數(shù)減少了 故D項正確 一 選擇題1 下列各組物理量哪些能決定氣體的壓強 A 分子的平均動能和分子種類B 分子密集程度和分子的平均動能C 分子總數(shù)和分子的平均動能D 分子密集程度和分子種類 解析 選B 氣體的壓強是由大量分子碰撞器壁而引起的 氣體分子的密集程度越大 即單位體積內(nèi)分子數(shù)越多 在單位時間內(nèi)撞擊器壁單位面積的分子就越多 則氣體的壓強越大 另外氣體分子的平均動能越大 分子撞擊器壁時對器壁產(chǎn)生的作用力越大 氣體的壓強就越大 故決定氣體壓強的因素是分子密集程度和分子的平均動能 故B項正確 2 2011 大慶高二檢測 對一定質(zhì)量的氣體 通過一定的方法得到了某一速率的分子數(shù)目N與速率v的兩條關(guān)系圖線 如圖所示 下列說法正確的是 A 曲線 對應(yīng)的溫度T1高于曲線 對應(yīng)的溫度T2B 曲線 對應(yīng)的溫度T1可能等于曲線 對應(yīng)的溫度T2 C 曲線 對應(yīng)的溫度T1低于曲線 對應(yīng)的溫度T2D 無法判斷兩曲線對應(yīng)的溫度關(guān)系 解析 選C 溫度越高 分子的平均速率越大 從圖中可以看出 的平均速率大 故 的溫度高 C項正確 3 2011 濟南高二檢測 教室內(nèi)的氣溫會受到室外氣溫的影響 如果教室內(nèi)上午10時的溫度為15 下午2時的溫度為25 假設(shè)大氣壓強無變化 則下午2時與上午10時相比較 房間內(nèi)的 A 空氣分子密集程度增大B 空氣分子的平均動能增大C 空氣分子的速率都增大D 空氣質(zhì)量增大 解析 選B 溫度升高 氣體分子的平均動能增大 平均每個分子對器壁的沖力將變大 但氣壓并未改變 可見單位體積內(nèi)的分子數(shù)一定減小 故A項 D項錯誤 B項正確 溫度升高 并不是所有空氣分子的速度都增大 C項錯誤 4 2011 四川高考 氣體能夠充滿密閉容器 說明氣體分子除相互碰撞的短暫時間外 A 氣體分子可以做布朗運動B 氣體分子的動能都一樣大C 相互作用力十分微弱 氣體分子可以自由運動D 相互作用力十分微弱 氣體分子間的距離都一樣大 解析 選C 布朗運動本身并不是分子運動 因此A錯 分子做無規(guī)則的熱運動 各個分子的動能不同 B錯 氣體分子平均距離較遠 所以分子力十分微弱 氣體分子可以自由運動 C正確 由于無規(guī)則的熱運動 每個氣體分子之間的距離是變化的 D錯 5 下列說法正確的是 A 氣體對器壁的壓強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 氣體對器壁的壓強就是大量氣體分子作用在器壁上的平均作用力C 氣體分子熱運動的平均動能減小 氣體的壓強一定減小D 單位體積的氣體分子數(shù)增加 氣體的壓強一定增大 解析 選A 由氣體壓強的微觀解釋可知 A對 平均作用力不是壓強 B錯 氣體壓強的大小與氣體分子的平均動能和單位體積的分子數(shù)兩個因素有關(guān) C D均錯 故選A 方法技巧 氣體壓強的微觀解釋 1 產(chǎn)生原因大量做無規(guī)則熱運動的分子對器壁頻繁 持續(xù)地碰撞產(chǎn)生了氣體的壓強 單個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 就對器壁產(chǎn)生持續(xù) 均勻的壓力 所以從分子動理論的觀點來看 氣體的壓強就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 決定氣體壓強的因素 氣體分子的密集程度與氣體分子的平均動能 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 氣體壓強就越大 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 氣體壓強就越大 6 一定質(zhì)量的氣體 在等溫狀態(tài)變化過程中 發(fā)生變化的是 A 分子的平均速率B 單位體積內(nèi)的分子數(shù)C 分子的平均動能D 分子總數(shù) 解析 選B 氣體的質(zhì)量不變則分子總數(shù)不變 故D項錯 溫度不變則分子的平均動能不變 平均速率不變 故A C均錯 等溫變化中體積變化而分子總數(shù)不變 故單位體積內(nèi)的分子數(shù)變化 B項正確 7 一定質(zhì)量的理想氣體 在壓強不變的條件下 體積增大 則 A 氣體分子的平均動能增大B 氣體分子的平均動能減小C 氣體分子的平均動能不變D 條件不足 無法判定氣體分子平均動能的變化情況 解析 選A 從微觀角度來分析 體積增大 氣體分子密度減小 要想壓強不變 分子平均動能必須增大 即撞擊器壁的作用力變大 A項正確 本題也可由蓋 呂薩克定律得出 體積增大 溫度升高 所以氣體分子的平均動能增大 8 下面的表格是某地區(qū)1 7月份氣溫與氣壓的對照表 7月份與1月份相比較 正確的是 A 空氣分子無規(guī)則熱運動的情況不變B 空氣分子無規(guī)則熱運動減弱了C 單位時間內(nèi)空氣分子對地面的撞擊次數(shù)增多了D 單位時間內(nèi)空氣分子對單位面積的地面撞擊次數(shù)減少了 解析 選D 溫度升高了分子的無規(guī)則運動加劇 故A B項均錯 空氣分子對地面的撞擊更強烈了 但壓強減小了 所以單位時間內(nèi)氣體分子對單位面積的撞擊次數(shù)減少了 故D項正確 二 非選擇題9 從宏觀上看 一定質(zhì)量的氣體體積不變溫度升高或溫度不變體積減小都會使壓強增大 從微觀上看 這兩種情況有沒有什么區(qū)別 解析 因為一定質(zhì)量的氣體的壓強是由單位體積內(nèi)的分子數(shù)和氣體的溫度決定的 體積不變時 雖然分子的密集程度不變 但氣體溫度升高 氣體分子運動加劇 分子的平均速率增大 分子撞擊器壁的作用力增大 故壓強增大 氣體體積減小時 雖然分子的平均速率不變 分子對容器的撞擊力不變 但單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多 單位時間內(nèi)撞擊器壁的分子數(shù)增多 故壓強增大 所以這兩種情況在微觀上是有區(qū)別的 10 一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A經(jīng)狀態(tài)B變成狀態(tài)C 其中A B過程為等壓變化 B C過程為等容變化 已知VA 0 3m3 TA TC 300K TB 400K 1 求氣體在狀態(tài)B時的體積 2 說明B C過程壓強變化的微觀原因 解析 1 A B由氣體定律 知 2 B C氣體體積不變 分子數(shù)密度不變 溫度降低 分子平均動能減小 壓強減小 答案 1 0 4m3 2 見解析 Thankyou 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全