2019-2020学年高中物理 第八章 气体 4 气体热现象的微观意义课件 新人教版选修3-3

4气体热现象的微观意义学习目标素养提炼1.初步了解什么是随机事件，什么是统计规律．2．理解气体分子运动的特点：分子沿各个方向运动的机会均等，分子速率按一定的规律分布．3．能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义．4．知道气体的温度、压强、体积与所对应的微观物理量间的相互联系．5．能用气体分子动理论解释三个气体实验定律.物理观念：随机事件、统计规律．科学思维：气体的温度与大量分子运动的关系．科学探究：气体热现象的微观意义.01课前自主梳理02课堂合作探究03课后巩固提升04课时跟踪训练一、随机性与统计规律1．随机性随机性必然事件：在一定条件下，出现的事件不可能事件：在一定条件下，出现的事件随机事件：在一定条件下，可能出现，也可能不出现的事件2．统计规律：大量的________整体表现出的规律．必然不可能随机事件二、气体分子运动的特点1．气体分子运动的三性(1)理想性：气体分子间的距离比较大，分子间的作用力很弱，除相互碰撞或跟器壁碰撞外，可以认为分子不受力而做___________运动，因而气体能充满它能达到的整个空间．(2)现实性：分子之间频繁地发生碰撞，使每个分子的速度大小和方向频繁地改变，分子的运动___________．匀速直线杂乱无章(3)规律性①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，而且向着各个方向运动的气体分子数目都________．②气体分子的速率各不相同，但遵守速率分布规律，即出现“________________”的分布规律．相等中间多、两头少当温度升高时，对某一分子在某一时刻它的速率________增加，但大量分子的平均速率________增加，而且“中间多”的分子速率值在增加．如图所示．不一定一定2．气体分子的热运动与温度的关系(1)温度________，分子的热运动越激烈．(2)理想气体的热力学温度T与分子的平均动能Ek成正比，即T＝aEk(式中a是比例常数)，因此可以说，温度是分子平均动能的标志．越高[判断辨析](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．气体对容器的压强是______________________________引起的．气体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．影响气体压强的两个因素(1)分子的____________．(2)分子的____________．大量气体分子频繁的碰撞器壁平均动能密集程度[思考]能否用雨滴撞击伞面时影响压力(压强)大小的因素来比拟说明影响气体压强的因素？提示：能．雨滴撞击伞面时压力(压强)大小与单位时间内落在伞面上的雨滴数有关，雨滴数越多，压力(压强)越大；另外还与雨滴质量大小、速度大小即与雨滴动能大小有关，动能越大，压力(压强)越大．气体压强同上面的原理相似，压强大小与分子平均动能和密集程度有关．四、对气体实验定律的微观解释玻意耳定律一定质量的气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的．在这种情况下，体积减小时，分子的________增大，气体的压强就增大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，分子的平均动能增大，气体的压强就增大盖—吕萨克定律一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大．只有气体的体积同时增大，使分子的________减小，才能保持压强不变密集程度密集程度密集程度[判断辨析](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，分子的平均动能应增大．()(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，平均撞击力增大．()×√√要点一气体分子运动的统计规律[探究导入](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？(2)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？提示：(1)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)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．[探究归纳]1．对统计规律的理解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．单独看来，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，这种规律叫统计规律．2．对气体分子运动特点的理解(1)气体分子距离大(约为分子直径的10倍)，分子力小(可忽略)，可以自由运动，所以气体没有一定的体积和形状．(2)分子间的碰撞十分频繁，频繁的碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变，造成气体分子做杂乱无章的热运动，因此气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等．(3)大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少(速率大或小的分子数目少)的规律．(4)当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，分子的平均速率增大，分子的热运动变激烈，因此说，温度是分子平均动能的标志．[特别提醒]当温度升高时，速率大的分子数增多，速率小的分子数减少，分子的平均速率增大．温度越高，分子的热运动越激烈，是物体内所有分子热运动的平均速率增大了，不是每一个分子的速率均增大了，有少数分子的速率也可能减小．[典例1]某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，图中f(v)表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则()A．TⅠTⅡTⅢB．TⅢTⅡTⅠC．TⅡTⅠ，TⅡTⅢD．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ[思路点拨]根据气体分子的速率分布规律与温度的微观含义进行判断．[解析]曲线下的面积表示分子速率从0→∞区间内所有分子数的比率之和，显然其值应等于1，当温度升高时，分子的速率普遍增大，所以曲线的高峰向右移动，曲线变宽，但由于曲线下总面积恒等于1，所以曲线的高度相应降低，曲线变得平坦，所以TⅢTⅡTⅠ.[答案]B正确理解气体分子速率分布规律的正态分布曲线．知道对不同的气体在不同的温度下，该曲线是不同的，即使对同一种气体，由于温度不同，曲线也不相同，并且温度越高，速率大的分子所占的比率增加，速率小的分子所占的比率减小．1.在一定温度下，某种理想气体的分子速率分布应该是()A．每个气体分子速率都相等B．每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很少C．每个气体分子速率一般都不相等，但在不同速率范围内，分子数目的分布是均匀的D．每个气体分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多解析：物体内的大量分子做无规则运动，速率大小各不相同，但分子的速率遵循一定的分布规律．气体的大多数分子速率在某个数值附近，离这个数值越近，分子数目越多，离这个数值越远，分子数目越少，总体表现出“中间多、两头少”的分布规律．B选项正确．答案：B2．(多选)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100℃时的情形D．与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大解析：温度是分子平均动能的标志，温度升高分子的平均动能增加，不同温度下相同速率的分子所占比例不同，温度越高，速率大的分子所占比例越高，故虚线为0℃，实线是100℃对应的曲线，曲线下的面积都等于1，故相等，所以A、B、C正确．答案：ABC要点二对气体压强的理解[探究导入]如图所示，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？提示：不是．是分子频繁碰撞器壁而产生的．[探究归纳]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)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．②气体分子的平均动能：气体的温度高，气体分子的平均动能就大，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．[典例2]下列说法正确的是()A．气体对器壁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B．气体对器壁的压强就是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[思路点拨](1)气体的压强与某时刻平均每个分子撞击器壁的作用力和撞击的分子个数有关．(2)气体的压强由分子密度和分子平均动能共同决定，温度降低时，分子平均动能减小，但分子密度的变化不能确定，故压强不一定减小．[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．[答案]A气体压强的分析技巧(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、持续地碰撞．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)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．3．一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，温度升高，体积增大，从分子动理论的观点来分析，正确的是()A．此过程中分子的平均速率不变，所以压强保持不变B．此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变，所以压强保持不变C．此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变，所以压强保持不变D．以上说法都不对解析：压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关，温度升高，分子与器壁的撞击力增大，单位时间内碰撞的分子数要减小，压强才可能保持不变．答案：D4．下列说法中正确的是()A．气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，它跟气体分子的密集程度以及气体分子的平均动能有关B．气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数，仅与单位体积内的分子数有关C．温度相同的氢气和氧气，氧气分子的平均动能比较大D．当气体分子热运动变得剧烈时，压强必变大解析：气体对容器的压强是大量气体分子对容器的碰撞引起的，在微观上它与气体分子的密集程度以及气体分子的平均动能有关，选项A正确；气体分子单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数与温度有关，并同时决定气体的压强，因此与单位体积内分子数和气体的温度都有关，选项B错误；温度是分子平均动能的标志，故温度相同的氢气和氧气，分子的平均动能相同，选项C错误；当气体分子热运动变得剧烈时，气体的温度升高，但不知道体积的变化，故压强不一定变大，选项D错误．答案：A[要点分析]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，如图所示．对气体实验定