2019-2020学年高中物理 第4章 气体 第2节 气体实验定律的微观解释课件 鲁科版选修3-3

第2节气体实验定律的微观解释第4章气体1.知道理想气体模型和气体压强的微观意义．(重点)2.能用分子动理论和统计观点解释气体实验定律．(难点)第4章气体一、理想气体1．定义严格遵从_______________的气体．2．理想气体的微观特点(1)分子大小与分子间距相比，可以__________．(2)除碰撞外，分子间的_____________可以忽略不计．(3)理想气体不存在分子势能，其内能等于_______________________的总和．(4)理想气体的内能只与气体的_______有关，而与气体的_______无关．三个实验定律忽略不计相互作用所有分子热运动温度体积动能3．理想气体的压强(1)从分子动理论和统计观点看，理想气体的压强是大量气体分子不断碰撞容器壁的结果，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁______________产生的平均作用力．(2)微观上，理想气体压强与______________的分子数和分子的______________有关．(3)宏观上，一定质量的理想气体压强与_______和_______有关．单位面积上单位体积平均动能体积温度1．(1)理想气体是为了研究问题的方便提出的一种理想模型．()(2)任何气体都可看作理想气体．()(3)实际气体在压强不太大，温度不太低的条件下可视为理想气体．()提示：(1)√(2)×(3)√二、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______时，分子的密集程度增大，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____________增大，气体的压强就增大．平均动能减小增大密集程度平均动能3．盖·吕萨克定律一定质量的气体，温度升高时，分子的______________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．平均动能密集程度2．(1)一定质量的理想气体，温度不变，体积不变，压强增大．()(2)一定质量的理想气体，温度、压强、体积可以同时变化．()(3)一定质量的理想气体，三个状态参量中可以只有两个变化．()提示：(1)×(2)√(3)√理想气体压强产生的原因和决定因素1．理想气体(1)宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低的条件下，可视为理想气体．(2)微观上讲，理想气体应有如下性质：分子间除碰撞外无其他作用力；分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间．显然这样的气体是不存在的，只是实际气体在一定程度上的近似．(3)从能量上看，理想气体的微观本质是忽略了分子力，所以其状态无论怎么变化都没有分子力做功，即没有分子势能的变化，于是理想气体的内能只有分子动能，不考虑分子势能，即一定质量的理想气体的内能完全由温度决定．2．气体压强的产生原因和决定因素(1)产生原因大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生气体的压强．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)决定气体压强大小的因素①微观因素a．气体分子的密度：气体分子密度(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．b．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(可视作弹性碰撞)时给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间里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a．与温度有关：在体积不变的情况下，温度越高，气体的平均动能越大，气体的压强越大；b．与体积有关：在温度不变的情况下，体积越小，气体分子的密度越大，气体的压强越大；c．整体来看，升高温度以提高分子的平均动能和减小体积以增大分子的密集程度对改变气体的压强是等效的．封闭气体压强和大气压强的区别封闭容器中的气体体积一般很小，由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都是大小相等的．大气压强是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对在它里面的物体产生的压强，地面大气压与地球表面积的乘积近似等于地球大气层所受的重力，在地面附近的大气压随高度的增加而减小．对于一定质量的气体，下列四个论述中正确的是()A．当分子热运动变剧烈时，压强必增大B．当分子热运动变剧烈时，压强可以不变C．当分子间平均距离变大时，压强必变大D．当分子间平均距离变大时，压强必变小[思路点拨]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，不能单方面作出气体压强变化的结论．[解析]当分子的热运动变剧烈时，分子的平均动能、平均速率变大，可能使气体产生的压强有增大的趋势；如果同时气体的体积也增大，这将使分子的密集程度减小，使气体的压强有减小的趋势，因此只告诉分子的热运动变剧烈这一条件，气体的压强是变大、变小还是不变是不确定的．同理，当分子间的平均距离增大时，分子的密集程度减小，可能使气体的压强有减小的趋势；若同时气体的温度升高，分子的平均速率增大，将使每次的碰撞对器壁的冲力增大，使气体的压强有增大的趋势．显然在只知道分子间的平均距离增大的情况下，无法确定压强的变化情况，故B正确．[答案]B1.(多选)一定质量的理想气体，在状态变化后密度增大为原来的4倍，气体的压强和热力学温度与原来相比可能是()A．压强是原来的4倍，温度是原来的2倍B．压强和温度都为原来的2倍C．压强是原来的8倍，温度是原来的2倍D．压强不变，温度是原来的14解析：选CD.密度增大为原来的4倍，则体积变为原来的14，根据pVT＝C，A、B错误，C、D正确．气体实验定律的微观解释1．玻意耳定律(1)宏观表现：一定质量的气体，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．体积减小，分子越密集，单位时间内撞到器壁单位面积上的分子数就越多，气体的压强就越大．2．查理定律(1)宏观表现：一定质量的气体，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．3．盖·吕萨克定律(1)宏观表现：一定质量的气体，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，则需使压强的另一个因素分子密度减小，所以气体的体积增大．(1)温度不变时，一定质量的气体体积减小，单位体积内的分子数增加．(2)体积不变时，一定质量的气体温度升高，分子平均动能增大．(3)压强不变时，一定质量的气体温度升高，气体体积增大，单位体积内的分子数减少．(多选)对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，气体分子的密集程度一定减小C．压强不变，温度降低时，气体分子的密集程度一定减小D．温度升高，压强和体积可能都不变[思路点拨]决定气体压强大小的因素：气体分子的密度，气体分子的平均动能．[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，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，气体分子的密集程度减小，B正确．压强不变，温度降低时，体积减小，气体分子的密集程度增大，C错误．温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D不正确．综上所述，正确选项为A、B.[答案]AB2.(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．气体分子的密度增大解析：选BD.气体经等温压缩，温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子平均动能不变，故气体分子每次碰撞器壁的冲力不变，A错；由玻意耳定律知气体体积减小、分子密度增加，故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，B对；气体体积减小、密度增大，但分子总数不变，C错，D对．变质量问题的处理方法对于变质量问题，直接应用气体实验定律或理想气体状态方程显然不合适，关键是如何灵活选择研究对象，将变质量问题转化为一定质量问题，可取原有气体为研究对象，也可以选择剩余气体为研究对象，始末状态参量必须对同一部分气体．可想象“放出”或“漏掉”的气体与剩余气体的状态相同，将变质量问题转化为定质量问题，然后利用气体实验定律或理想气体的状态方程，就可以确定剩余气体与“放出”或“漏掉”气体的体积、质量关系，从而确定剩余气体和原有气体间的状态变化关系．贮气筒的容积为100L，贮有温度为27℃、压强为30atm的氢气，使用后温度降为20℃，压强降为20atm，求用掉的氢气占原有气体的百分比？[解析]法一：选取筒内原有的全部氢气为研究对象，且把没用掉的氢气包含在末状态中，则初状态p1＝30atm，V1＝100L，T1＝300K；末状态p2＝20atm，V2＝？，T2＝293K，根据p1V1T1＝p2V2T2得，V2＝p1V1T2p2T1＝30×100×29320×300L＝146.5L.用掉的占原有的百分比为V2－V1V2＝146.5－100146.5＝31.7%.法二：取剩下的气体为研究对象初状态：p1＝30atm，体积V1＝？，T1＝300K末状态：p2＝20atm，体积V2＝100L，T2＝293K由p1V1T1＝p2V2T2得V1＝p2V2T1p1T2＝20×100×30030×293L≈68.3L用掉的占原有的百分比为V2－V1V2＝100－68.3100＝31.7%.[答案]31.7%3.一容器有一小孔与外界相通，温度为27℃时容器中气体的质量为m，若使温度升高到127℃，容器中气体的质量为多少？解析：设容器容积为V，逸出的气体和容器内剩余气体的总体积为V′，气体做等压变化由盖·吕萨克定律得：VT＝V′T′，即V（273＋27）K＝V′（273＋127）K所以V′＝4V3.即127℃时气体的总体积为4V3，由于剩余气体体积为V，由m∝V得：m剩m＝VV′＝34，m剩＝34m.答案：34m本部分内容讲解结束按ESC键退出全屏播放