8.4气体热现象的微观意义

高中物理选修3-3课件第十九章第四节气体热现象的微观意义高中物理选修3-3课件高中物理选修3-3课件•一、随机性与统计规律•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：在一定条件下出现，也不出现的事件．•4．统计规律：大量的整体表现出的规律．必然不可能可能可能随机事件热现象与大量分子热运动的统计规律有关高中物理选修3-3课件曾经使用过的统计规律•1、大量氢原子跃迁与一个氢原子跃迁的可能性；•2、几率波的概念和几率波的干涉现象的解释等问题•3、电子云的概念•4、衰变的半衰期规律•5、布朗运动：大颗粒和小颗粒运动的剧烈程度问题•6、偶然误差与偶然误差的消除问题高中物理选修3-3课件•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，大约是分子直径的左右，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子间可认为不受力的作用，在空间内自由移动．•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，向着运动的分子都有，而且向各个方向运动的气体分子数目都（大量的统计学结果）．•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．10倍任何一个方向相等高中物理选修3-3课件气体分子运动的统计学结论•1、单个分子运动的特点•无序性（随机）、自由性、高速性•2、大量分子运动的统计学结论•1）向个方向的运动的分子数目都相同•2）速率分布呈现“两头少中间多”•3）温度升高时，高速分子占百分比增加高中物理选修3-3课件•三、气体温度的微观意义•1．，分子的热运动．•2．分子速率大小的分布图线•呈“、”的规律•3．是分子平均动能的标志．•四、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而产生的．•2．影响气体压强的两个因素：•(1)气体分子的_______________•(2)．气体分子的；温度越高越激烈中间多两头少温度碰撞器壁平均动能密集程度（分子数密度n）kE高中物理选修3-3课件•注意：正确理解气体压强的微观意义•1．气体压强的产生：•从分子动理论的观点来看，大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力．在器壁单位面积上的平均作用力就是气体压强．•2．决定气体压强大小的因素•(1)微观因素之一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)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的次数就多，气体压强就越大；概念：分子数密度高中物理选修3-3课件•(1)微观因素之二•概念：气体分子的平均动能•气体分子的平均动能大，每个气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，累计冲力就大，气体压强就越大．•(2)宏观因素•①与温度有关：温度越高，气体的压强越大；•②与体积有关：体积越小，气体的压强越大．高中物理选修3-3课件设所有分子速率都是v，分子质量为m，分子数密度n。根据压强的定义和气体压强产生的条件，试用动量定理和统计规律，推导气体压强的微观表达式。任务：23KPnE与体积有关与温度有关高中物理选修3-3课件•五、对气体实验定律的微观解释•1．玻意耳定律•一定质量的气体，温度保持不变时，分子的是一定的．在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度，气体的压强就．•2．查理定律•一定质量的气体，体积保持不变时，分子的保持不变．在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能，气体的压强就．平均动能增大增大密集程度增大增大23KPnE高中物理选修3-3课件•3．盖—吕萨克定律•一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能．只有气体的体积同时，使分子的密集程度，才能保持压强不变．增大增大减小23KPnE高中物理选修3-3课件•关于密闭容器中气体的压强，下列说法正确的是()•A．是由气体受到的重力产生的•B．是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的•C．压强的大小只取决于气体分子数量的多少•D．容器运动的速度越大，气体的压强也越大•解析：气体的压强是由于大量分子对器壁频繁碰撞造成的，在数值上就等于在单位面积上气体分子的平均碰撞作用力．•答案：B高中物理选修3-3课件•对于一定质量的气体，当它的压强和体积发生变化时，以下说法正确的是()•A．压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变•B．压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小•C．压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变•D．压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大高中物理选修3-3课件•解析：质量一定的气体，分子总数不变，体积增大，单位体积内的分子数减少；体积减小，单位体积内的分子数增多，根据气体的压强与单位体积内的分子数和分子的平均动能这两个因素的关系，可判知A、D正确，B、C错误．•答案：AD高中物理选修3-3课件•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等，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少高中物理选修3-3课件•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守统计规律，速率大和速率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，但对个别或少量(如10个)分子的动能有可能减少，D对．•答案：BD高中物理选修3-3课件•【跟踪发散】1－1：(2011·四川卷·14)气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外()•A．气体分子可以做布朗运动•B．气体分子的动能都一样大•C．相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动•D．相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大高中物理选修3-3课件•解析：布朗运动是指悬浮颗粒因受分子作用力不平衡而引起的悬浮颗粒的无规则运动，选项A错误；气体分子因不断相互碰撞其动能瞬息万变，因此才引入了分子的平均动能，选项B错误；气体分子不停地做无规则热运动，其分子间的距离大于10r0，因此气体分子间除相互碰撞的短暂时间外，相互作用力十分微弱，分子的运动是相对自由的，可以充满所能达到的整个空间，故选项C正确；气体分子在不停地做无规则运动，分子间距离不断变化，故选项D错误．•答案：C高中物理选修3-3课件•对于一定质量的理想气体，下列四个叙述中正确的是()•A．当分子热运动变剧烈时，压强必变大•B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变•C．当分子间的平均距离变大时，压强必变小•D．当分子间的平均距离变大时，压强必变大高中物理选修3-3课件•解析：根据气体压强产生的原因可知：一定质量的理想气体的压强，由气体分子的平均动能和气体分子的密集程度共同决定．分子平均动能越大，单位时间内分子撞击器壁的次数越多，气体压强越大，A、C、D三个选项均只给定了其中一个因素，而另一个因素不确定．不能判断压强是变大还是变小，所以只有B正确．•答案：B高中物理选修3-3课件•【反思总结】(1)对气体压强大小决定因素的理解和对实际物理过程、物理情境的分析是正确解题的关键．•(2)从微观角度看，气体的压强是由气体分子的平均动能和单位体积里气体分子数共同决定的，不能单方面作出压强变化的结论．高中物理选修3-3课件•【跟踪发散】2－1：一定质量的气体，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．如果压强增大，气体分子对单位面积器壁的压力一定增大•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高中物理选修3-3课件•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大，但分子的平均速率如何变化却不知道；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如何变化未知，所以选项A、C、D都不能选．由气体分子压强的产生可知．故正确答案为B.•答案：B高中物理选修3-3课件•一定质量的某种理想气体，在压强不变的条件下，如果体积增大，则()•A．气体分子的平均动能增大•B．气体分子的平均动能减小•C．气体分子的平均动能不变•D．条件不足，无法判定气体分子平均动能的变化情况高中物理选修3-3课件•解析：•答案：A•【反思总结】从微观角度讲，气体体积增大，单位体积内的分子数减少，若压强不变，则分子的平均动能增大，每一次撞击的平均作用力增大．高中物理选修3-3课件•【跟踪发散】3－1：封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，下列说法正确的是()•A．气体的密度变大•B．气体的压强增大•C．分子的平均动能减小•D．气体在单位时间内撞击器壁单位面积的分子数增多高中物理选修3-3课件•解析：气体的质量和体积都不发生变化故密度不变，A项错．温度是分子平均动能的标志，温度升高分子平均动能增大，C项错．分子数不变，体积不变，但分子运动的剧烈程度加剧了，故单位时间内撞击器壁的分子数增多，气体压强增大，故B、D正确．•答案：BD高中物理选修3-3课件•1．大量气体分子运动的特点是()•A．分子除相互碰撞或跟容器壁碰撞外，可在空间里自由移动•B．分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动•C．分子沿各方向运动的机会相等•D．分子的速率分布毫无规律高中物理选修3-3课件•解析：•答案：ABC选项个性分析A正确因气体分子间距离较大，分子力弱到可以忽略，分子除碰撞外不考虑其他作用，故可在空间自由移动B正确分子间频繁的碰撞使分子的运动杂乱无章，且向各方向运动的机会均等C正确D错误气体分子速率按正态分布，即“中间多，两头少”高中物理选修3-3课件•2．封闭在汽缸内的一定质量的气体，如果保持气体压强不变，当温度升高时，以下说法正确的是()•A．气体分子密度增大•B．气体分子的平均动能减小•C．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数减少•D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多高中物理选修3-3课件•答案：C解析：由盖—吕萨克定律可知，当压强不变时，VT＝常数，T升高，V增大，则气体分子密度减小，故A错误；温度升高，气体分子的平均动能增大，B错误；由于压强p不变，气体分子的平均动能增大，则每秒撞击单位面积器壁的气体分子数减少，C正确，D错误．高中物理选修3-3课件•3．一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，压强增大的原因是()•A．温度升高后，气体分子的平均速率变大•B．温度升高后，气体分子的平均动能变大•C．温度升高后，分子撞击器壁的平均作用力增大•D．温度升高后，单位体积内的分子数变大，撞击到单位面积器壁上的分子数增多了高中物理选修3-3课件•解析：体积不变，分子密度不变，温度升高，分子平均速率变大，单位时间内单位器壁面积上所受的分子平均撞击次数增多，撞击力增大，气体压强增大，因此，A、B、C正确，D错误．•答案：ABC高中物理选修3-3课件•4．如图所示，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，则在此状态变化过程中()•A．气体的温度不变•B．气体的内能增大•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高中物理选修3-3课件•解析：由p－V图象中的AB图线可知，气体状态由A变到B为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强跟温度成正比，故压强增大，温度升高，内能增大，A错误，B正确；气体的温度升高，气体分子平均速率增大，故C错误；气体压强增大且温度升高，则气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数增多，故D错误．•答案：B高中物理选修3-3课件•5．1859年麦克斯韦从理论上推导出