高中物理 8.4 气体热现象的微观意义课件 新人教版选修33.ppt

4气体热现象的微观意义 1 知道气体分子运动的特点 2 理解气体压强的微观意义 3 能对气体三大实验定律进行微观解释 并能用微观观点解释气体状态变化 一 气体分子运动的特点 气体的微观结构特点 1 气体分子之间的距离很大 大约是分子直径的倍以上 2 气体分子间的相互作用力十分微弱 气体分子间的距离很大 分子作用力十分微弱 通常认为气体分子除相互碰撞或与器壁碰撞外 不受力而做匀速直线运动 因而气体能充满它能达到的整个空间 10 气体分子运动的特点对个别分子 在某一时刻速度的大小与方向有 因大量分子频繁碰撞 对大量分子来说 它们向各个方向运动的几率是的 分子速率呈现 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8 4 1所示 偶然性 相等 中间多 两头少 不一定 一定 图8 4 1 温度越高 正比 温度 二 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对而产生的 2 影响气体压强的两个因素 1 气体分子的 2 分子的 容器的碰撞 平均动能 密集程度 三 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 分子的是一定的 在这种情况下 体积减小时 分子的增大 气体的就增大 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 气体的压强就 平均动能 密集程度 压强 密集程度 增大 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 只有气体的体积同时 使分子的密集程度 才能保持压强 温馨提示在微观现象中 单个或少量分子的运动是 个性行为 具有不确定性 大量分子运动是 集体行为 具有规律性 即遵守统计规律 分子的速率分布遵从 中间多 两头少 的规律 这种分布规律又叫正态分布规律 增大 增大 减小 不变 一 气体分子运动与统计规律 气体分子运动的特点理解 1 气体分子之间的距离很大 大约是分子直径的10倍 因此除相互碰撞或者跟器壁碰撞外 气体分子不受力的作用 在空间自由移动 2 分子的运动永不停息 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 3 每个气体分子都在做永不停息的运动 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 4 温度是分子平均动能的标志 统计规律的理解 1 个别事物的出现具有偶然因素 但大量事物出现的机会 却遵从一定的统计规律 2 从微观角度看 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 单独来看 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 二 正确理解气体压强的微观意义 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 决定气体压强大小的因素 1 微观因素 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 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 与温度有关 温度越高 气体的压强越大 与体积有关 体积越小 气体的压强越大 大气压强的理解大气压强可以从宏观和微观两个方面理解 宏观上可以看作由大气的重力引起的 微观上 可以认为是大气分子对地面或对某一平面无规则的碰撞引起的 二 气体实验定律的微观解释 一定质量的气体 分子的总数是一定的 在温度保持不变时 分子的平均动能保持不变 气体的体积减小到原来的几分之一 气体的密度就增大到原来的几倍 因此压强就增大到原来的几倍 反之亦然 所以气体压强与体积成反比 这就是玻意耳定律 一定质量的气体 体积保持不变而温度升高时 分子的平均动能增大 因而气体压强增大 温度降低时 情况相反 这就是查理定律 一定质量的气体 温度升高且要保持压强不变 只有增大气体体积 减小分子的分布密度才行 这就是盖 吕萨克定律 例1 2012 上海单科 图8 4 2 a 为测量分子速率分布的装置示意图 圆筒绕其中心匀速转动 侧面开有狭缝n 内侧贴有记录薄膜 m为正对狭缝的位置 从原子炉r中射出的银原子蒸汽穿过屏上s缝后进入狭缝n 在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上 展开的薄膜如图8 4 2 b 所示 np pq间距相等 则 气体分子运动的特点 a b 图8 4 2 a 到达m附近的银原子速率较大b 到达q附近的银原子速率较大c 位于pq区间的分子百分率大于位于np区间的分子百分率d 位于pq区间的分子百分率小于位于np区间的分子百分率解析根据分子速率分布规律的 中间多 两头少 特征可知 m附近的银原子速率较大 故选项a正确 b错误 pq区间的分子百分率最大 故选项d错误 c正确 答案ac 借题发挥气体分子的运动特点 一是统计规律上看是大量分子的表现出来的 中间多 两头少 的速率分布规律 每个分子因频繁的碰撞 速度的大小和方向不断的改变 二是从温度上看温度是分子平均动能标志 温度升高是分子的平均速率变大 或说速率大的分子占的比例增大 速率小的分子占的比例减少 而不是大部分分子的速率增大了 少数分子的速率减小了 变式1 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 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 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 例2 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 气体压强的微观解释 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借题发挥气体的压强是由大量的气体分子频繁的不断的碰撞器壁产生的 大小与气体分子的动能和单位时间内在器壁单位面积上碰撞的次数有关 即由气体分子的平均动能和气体分子的密集程度共同决定 变式2 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 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大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 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 气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表现 故正确答案为b 答案b 例3 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 实验定律的微观解释 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 压强不变 温度降低时 体积减小 气体密度增大 温度升高 压强 体积中至少有一个发生改变 综上所述 正确答案为a b 答案ab借题发挥气体的体积决定分子的密集程度 气体的温度反映着气体分子的平均动能 而压强又由气体分子的密集程度和平均动能决定 变式3 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