高中物理第八章气体第四节气体热现象的微观意义名师导航学案新人教选修.docx

第四节 气体热现象的微观意义名师导航知识梳理1.从微观角度看，物体的热现象是由_分子的_运动所决定的，大量分子运动的情况遵从一定的_规律.2.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能成_，即T=_.因此也可以说温度是分子_的标志.3.从微观角度看，气体对容器的压强是大量分子对容器的_引起的.4.尽管大量分子做无规则运动，速度有大有小，但分子的速率却按一定的_分布.疑难突破1.气体分子速度分布规律虽然个别分子热运动是完全无规则的，但大量分子的速度分布却遵守确定的统计规律.(1)条件：气体处于平衡态.(2)方向：分子速度沿各个方向概率均等.(3)速率：遵守统计分布.具体说，分子速率处于某一个数值范围的相对概率是确定的.如果总分子数一定，则分子速率处于某个范围内的分子数是确定的.因此，分子平均速率也是确定的.(4)分子速率分布取决于两个因素温度与分子质量.当温度升高时，分子速度增大的概率增大，分子平均速率增大；当温度降低时，分子平均速率减小.分子质量较大，则分子平均速率较小；分子质量较小，则分子平均速率较大.2.气体压强的微观解释(1)产生原因：来源于气体分子对容器壁碰撞的冲力.(2)平均效应：个别分子碰撞器壁的冲力是不连续的，但大量分子碰撞冲力的平均效应是连续的、稳定的.(3)决定因素：温度.温度高，分子平均动能大，单个分子碰撞器壁的平均冲力增大，压强增高.分子数密度,即单位体积分子数.分子数密度大，则单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数多，压强也大.对于一定质量的气体，总分子数一定，分子数密度与体积成反比.因此，宏观而言，影响气体压强的因素为温度与体积.3.对气体热现象的微观解释 气体产生的压强有两个决定因素，即分子平均动能和分子密集程度.在等温变化过程中，分子平均动能Ek不变.当体积增大时，分子数密度减小，压强减小，反之压强增大.这样可以解释玻意耳定律.在体积不变情况下，由于分子数密度不变，当T升高时，分子平均动能Ek变大,压强增大，反之压强减小，这就对是查理定律的解释.为了保持压强不变，只有保持分子数密度和温度同时增大或减小，这样就可以解释盖吕萨克定律了.问题探究问题：通过实验探究气体分子的运动特点.探究：器材：分子速率发射器、速率选择仪、接收屏.实验步骤：(1)按图8-4-2实验示意图安装仪器：图8-4-2(2)调整速率选择器选择速率的范围.(3)观察接收屏上接收到的分子数目,并将数据填入下表中.速率范围(m/s)0100100200200300300400400500500600600700700800800900与分子数百分比1.48.117.021.420.415.19.24.52.0根据实验数据，以分子速率为横坐标，以分子数百分比为纵坐标，绘出图线.探究结论：气体分子的运动特点遵守如下统计规律：(1)气体分子向各个方向运动的机会相同.(2)分子速率按“中间多，两头少”的规律分布，即大多数分子运动速率都在某一数值附近，离开这个数量越远，分子数越小.速率分布曲线如图8-4-1所示.(3)在一定温度下，某种气体的分子速率分布是确定的，分子有一定的平均速率.温度越高，分子的平均速率越大.典题精讲【例1】 两个完全相同的圆柱形密闭容器，如图8-4-3所示，甲中装有与容器等容积的水，乙中充满空气.试问：图8-4-3(1)两容器各侧壁压强的大小及压强大小决定于哪些因素？(2)若两容器同时做自由落体运动，容器侧壁上所受压强将怎样变化？思路解析：(1)对于甲装置，水对上壁压强为零，对容器底压强最大，侧壁压强自上而下由小变大:对于乙容器各处器壁上的压强均相等.其大小决定于气体分子的温度和气体分子的密度.(2)甲容器做自由落体运动，器壁各处的压强均为零，乙容器做自由落体运动，器壁各处的压强不发生变化.【例2】 一房间内，上午10时的温度为15 ，下午2时的温度为25 ，假设大气压强无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的( )A.空气密度增大 B.空气分子的平均动能增大C.空气分子的速率都增大 D.空气质量增大思路解析：温度升高，气体分子的平均动能增大，平均每个分子对器壁的冲量将变大，但气压并未改变，可见单位体积内的分子数一定减小，所以有空减小，m空=空V随之减小.答案：B【例3】 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，压强必变大思路解析：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知识导学 学习本节前同学们应该复习数学中概率统计的知识，以帮大家理解分子运动速率分布规律的存在形式. 本节课，同学们应密切联系生活实际，学会观察、分析.通过实验和体验来认识气体分子速率分布规律、气体压强和气体热现象的微观意义.疑难导析1.要研究分子速度的分布规律，就要运用数学手段对统计结果进行分析，作出其分布的规律图线，这样就可以掌握分子速度的分布规律了，其分布规律如图8-4-1所示：图8-4-12.要理解气体压强的微观解释，可以联系这样的实际：下雨天，大量的雨点撞击，让人感到有持续的作用力作用在伞上.我们也可以把分子比作雨点，大量分子的撞击也可以产生持续的作用力，从而产生了压强.3.对气体压强的决定因素我们可以通过以下一个简单实验来验证，在弹簧秤下挂一大盘，在不同的高度用不同的密度向盘内倒豆子，发现高度相同密度越大，弹簧秤读数越大，在密度相同的情况下，高度越高读数越大.说明影响弹簧秤读数的因素有两个：豆子的密度和豆子的下落高度(豆子的动能).问题导思1.速率选择器的工作原理：速率选择器工作时其两个圆盘是和轴一起以一定的角速度转动的.当气体分子以一定的速度打到第一个盘上通过狭缝继续向前传播，当到达第二个圆盘时，其盘上的狭缝已经转过了一定的角度，故只有满足一定速率的分子才能通过第二道狭缝打到接收屏上，由于两个盘之间的距离一定，故只要调解的大小，就可以起到速率选择的目的.2.关于统计规律，有这样一个古老而且有趣的实验可以帮助我们来理解：把一枚硬币抛起观察其落地后哪面朝上，当抛的次数相当多时，会发现这样的规律：正面朝上和背面朝上的次数几乎一样多.由此我们可以看出统计规律是存在的.典题导考绿色通道：解此类题的关键在于气体压强大小的决定因素.即单位体积内的分子数多少，因为气体压强产生的根本原因就是大量分子对容器壁的撞击.而液体对容器壁的压强是由重力引起的.【典题变式1】 两个完全相同的圆柱形密闭容器，如图8-4-4所示，甲内有2g H2气体，乙内有2g O2气体，试判断两个容器壁所受压强的大小.图8-4-4绿色通道：解决此类题关键是运用T=a，根据气体温度的变化情况，就可以直接反映出气体分子的平均动能大小.反之也亦然.【典题变式2】 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，将气体的温度由-13 升高到50 ，则保持不变的是( )A.压强 B.分子的平均速率C.分子的平均动能 D.气体的密度绿色通道：解决此类题要从影响理想气体压强的两个因素：分子平均动能Ek和