2018届高考物理总复习1.2.4气体热现象的微观意义学案

第1.2.4节气体热现象的微观意义学习目标核心提炼1.了解什么是“统计规律”。1个规律——统计规律1个特点——气体分子运动的特点1个图象——气体分子的速率分布图象2.知道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：大量随机事件整体表现出来的规律。2.气体分子运动的特点(1)由于气体分子间的距离比较大，分子间作用力很弱。通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，因而气体会充满它能达到的整个空间。(2)分子的运动杂乱无章，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。二、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，对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”的分子速率值在增加。如图1所示。图13.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能E－k成正比，即：T＝aE－k(式中a是比例常数)，这表明，温度是分子平均动能的标志。思考判断(1)气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大。(×)(2)当温度发生变化时，气体分子的速率不再是“中间多，两头少”。(×)(3)某一时刻一个分子的速度大小和方向是偶然的。(√)(4)温度相同时，各种气体分子的平均速度都相同。(×)三、气体压强的微观意义1.气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的压力。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平均动能和分子的密集程度，(2)宏观上决定于气体的温度T和体积V。思考判断(1)密闭容器中气体的压强是由气体的重力而产生的。(×)(2)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。(×)(3)温度越高，气体的压强越大。(×)(4)气体压强由气体的体积和气体的密度决定。(×)(5)气体分子的平均动能越大，分子越密集，气体压强越大。(√)四、对气体实验定律的微观解释1.玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变。体积减小时，分子的密集程度增大，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数就增多，气体的压强就增大。2.查理定律的微观解释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一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大，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分子的密集程度减小，所以气体的体积增大。思考判断(1)一定质量的某种理想气体，若T不变，p增大，则V减小，是由于分子撞击器壁的作用力变大。(×)(2)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，分子的平均动能增大。(√)(3)一定质量的某种理想气体，若V不变，T增大，则p增大，是由于分子密集程度不变，分子平均动能增大，而使单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，气体压强增大。(×)对气体分子运动特点的理解[要点归纳]1.气体的微观结构特点(1)气体分子间的距离较大，大于10r0(10－9m)，气体分子可看成质点。(2)气体分子间的分子力很微弱，通常认为气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外，不受其他力的作用。2.气体分子运动的特点(1)标准状态下1cm3气体中的分子数比地球上的人口总数还要多上许多亿倍。大量气体分子做无规则热运动，因此，分子之间频繁地碰撞、每个分子的速度大小和方向频繁地改变。(2)正是“频繁碰撞”，造成气体分子不断地改变运动方向，使得每个气体分子可自由运动的行程极短(理论研究指出通常情况下气体分子自由运动行程的数量级仅为10－8m)，整体上呈现为杂乱无章的运动。(3)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。(4)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。[精典示例][例1]如图2是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知()图2A.同一温度下，氧气分子呈现“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大D.①状态的温度比②状态的温度高解析同一温度下，中等速率的氧气分子数所占的比例大，即氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律，故A正确；温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大，B错误；随着温度的升高，氧气分子中速率大的分子所占的比例增大，从而使分子平均动能增大，故C错误；由图可知，②中速率大分子占据的比例较大，则说明②对应的平均动能较大，故②对应的温度较高，故D错误。答案A误区警示(1)在一定温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。(2)并不是所有分子的速率随温度升高都增大。[针对训练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，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，其中少量(如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错误，B正确；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正确。答案BD气体压强的微观意义[要点归纳]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)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，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的碰撞给器壁的冲力就越大；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越多，累计冲力就越大，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。3.密闭气体压强与大气压强不同(1)密闭气体压强因密闭容器中的气体密度一般很小，由于气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，大小由气体的分子密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。(2)大气压强大气压强是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压。地面大气压的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值，大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。[精典示例][例2]下列说法正确的是()A.气体对器壁的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力B.气体对器壁的压强等于大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力C.气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小D.单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大解析气体压强为气体分子对器壁单位面积的撞击力，故A正确，B错误；气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子密集程度有关，故C、D错误。答案A气体压强问题的解题思路(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的碰撞。压强等于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，任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化。[针对训练2](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，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，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。答案BD气体实验定律的微观解释[要点归纳]1.玻意耳定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，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，气体的压强就越大，如图3所示。图32.查理定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。(2)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，如图4所示。图43.盖—吕萨克定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体积减小。(2)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，即分子的密集程度减小，所以气体的体积增大，如图5所示。图5[精典示例][例3](多选)对一定质量的理想气体，下列说法正确的是()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，压强和体积都可能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，温度升高，气体分子的平均动能一定增大，选项A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密度减小，选项B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体密度增大，选项C错误；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，选项D错误。答案AB(1)对一定质量的理想气体来说，体积不变时，分子密度不变，体积增大时，分子密度减小，体积减小时，分子密度增大。即分子总数一定时，分子密度与气体的体积有关。(2)气体的三个状态参量如果有变化，至少有其中两个会同时变化，从微观的角度可以这样理解：压强变化时，分子密度和分子平均动能两个量中至少有一个发生了变化，即体积和温度中的一个发生变化；压强不变时，若分子密度发生变化，则分子平均动能一定同时发生变化。[针对训练3]下列说法正确的是()A.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积减小而增大的微观原因是每个分子撞击器壁的作用力增大B.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积增大而减少的微观原因是单位体积内的分子数减少C.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是每个分子动能都增大D.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是分子的密度增大解析决定气体压强大小的微观因素是分子密集程度和分子平均动能，宏观上体现在体积和温度上。若温度不变，压强随分子密度的变化而变化，A错误，