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 初步了解什么是 随机事件 和 统计规律 知道气体分子的运动遵循统计规律 2 知道气体分子运动的特点 3 理解气体压强的微观意义 4 知道三个气体实验定律的微观解释 重点 1 气体压强的微观意义 2 气体实验定律的微观解释 难点 用气体压强的微观意义及气体实验定律的微观解释解答有关问题 一 随机性与统计规律1 必然事件 在一定条件下 出现的事件 2 不可能事件 在一定条件下 出现的事件 3 随机事件 在一定条件下 出现 也 不出现的事件 4 统计规律 大量 的整体表现出的规律 必然 不可能 可能 可能 随机事件 想一想 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 提示 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 二 气体分子运动的特点1 气体分子运动的三个特性 1 理想性 气体分子间距离比较大 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 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 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 2 气体分子的热运动与温度的关系 1 温度 分子的热运动越剧烈 2 理想气体的热力学温度t与分子的平均动能成正比 即 式中a是比例常数 因此可以说 是分子平均动能的标志 相等 中间多 两头少 越高 温度 想一想 随着温度的升高 所有气体分子运动的速率都增大吗 提示 不是 温度升高 有的气体分子运动速率增大 有的气体分子运动速率减小 但所有气体分子的平均速率增大 三 气体压强的微观意义1 气体压强的产生 大量气体分子频繁地 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 碰撞器壁 平均动能 密集程度 判一判 1 气体的压强是由气体受到的重力产生的 2 气体的压强是由气体分子间的相互作用 引力和斥力 产生的 3 气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁产生的 提示 大量气体分子频繁地碰撞器壁产生气体压强 气体的压强与气体所受重力及分子间的相互作用力无关 故 1 2 错误 3 正确 四 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 体积减小时 分子的 增大 气体的压强就增大 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 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 密集 程度 平均动能 平 均动能 密集程度 想一想 从宏观上看 气体的压强与气体的温度和体积有关 从微观上看 气体的压强由哪两个因素共同决定 提示 从微观上看 气体的压强由气体分子的平均动能和分子的密集程度决定 从微观因素分析压强问题的方法 探究导引 中央电视台在 科技之光 栏目中曾经播放过这样一个节目 把液氮倒入饮料瓶中 马上盖上盖并拧紧 人马上撤离现场 一会只听 砰 的一声 饮料瓶爆炸 上述现象中液氮吸热后变成气态 请思考 1 饮料瓶内气体分子运动的平均动能怎样变化 2 饮料瓶为何会爆炸 要点整合 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 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 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 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 特别提醒 1 气体压强与大气压强不同 大气压强由重力产生 并且随高度增大而减小 2 气体压强与分子的密集程度和分子的平均动能有关 而与气体的重力无关 典例1 2012 厦门高二检测 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 解答本题应注意以下两点 关键点 1 气体压强由大量分子频繁碰撞器壁产生 2 影响气体压强的因素有分子的密集程度和分子平均动能 规范解答 选a 气体压强为气体分子对器壁单位面积的撞击力 故a正确 平均作用力不是压强 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 总结提升 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 变式训练 如图所示 两个完全相同的圆柱形密闭容器 甲中恰好装满水 乙中充满空气 则下列说法中正确的是 容器容积恒定 a 两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的b 两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的c 甲容器中pa pb 乙容器中pc pdd 当温度升高时 pa pb变大 pc pd也要变大 解析 选c 甲容器压强产生的原因是液体受到重力的作用 而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁 a b错 液体的压强p gh ha hb 可知pa pb 而密闭容器中气体压强各处均相等 与位置无关 故pc pd c对 当温度升高时 pa pb不变 而pc pd增大 d错 对三个气体实验定律的微观解释 探究导引 如果将自行车内胎充气过足 又放在阳光下暴晒 车胎极易爆裂 在爆裂前 暴晒过程中内胎容积几乎不变 1 车胎内气体分子的平均动能怎样变化 2 车胎内气体的压强怎样变化 要点整合 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 2 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 3 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分子密度减小 所以气体的体积增大 特别提醒 1 一定质量的理想气体分子数一定 体积变化时 分子密集程度变化 2 气体的压强与分子的平均动能及分子密集程度有关 典例2 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 思路点拨 对气体实验定律的解释要紧紧围绕决定气体压强的两个因素 气体分子的密集程度与分子平均动能 进行分析讨论 规范解答 选a b 根据气体压强 体积 温度的关系可知 体积不变 压强增大时 气体的温度增大 气体分子的平均动能增大 选项a正确 温度不变 压强减小时 气体体积增大 气体的密集程度减小 b正确 压强不变 温度降低时 体积减小 气体的密集程度增大 c错 温度升高 压强 体积中至少有一个发生改变 d错 变式训练 2012 惠安高二检测 一定质量的理想气体被等容升温时 压强增大 从微观来分析是因为 a 气体分子每次碰撞器壁的平均作用力加大b 器壁单位面积上在单位时间内受到的分子碰撞次数增多c 气体分子数增加d 气体分子密集程度加大 解析 选a b 理想气体被等容升温 因温度升高 所以分子的平均动能变大 该气体分子的平均速率变大 而气体的体积不变 分子密集程度不变 所以单位时间内器壁单位面积上碰撞的分子数增多 故a b正确 c d错误 变式备选 一定质量的理想气体经历等温压缩过程时 气体的压强增大 从分子动理论观点来分析 这是因为 a 气体分子的平均动能增大b 单位时间内器壁单位面积上分子碰撞的次数增多c 气体分子数增加d 气体分子对器壁的碰撞力变大 解析 选b 温度不发生变化 分子平均动能不变 分子对器壁的碰撞力不变 故a d错 质量不变 分子总数不变 c项错误 体积减小 气体分子密集程度增大 单位时间内器壁单位面积上分子碰撞次数增多 故b正确 温馨提示 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 温度越高 速率大的分子所占比例越大 3 温度升高 气体分子的平均速率变大 但具体到某一个气体分子 速率可能变大 也可能变小 无法确定 气体分子的速率分布规律是难点 典例 如图为一定质量的氧气分子在0 和100 两种不同情况下的速率分布情况 由图可以判断以下说法中正确的是 a 温度升高 所有分子的运动速率均变大b 温度越高 分子的平均速率越小c 0 和100 氧气分子的速率分布都呈现 中间多 两头少 的分布特点d 100 的氧气与0 的氧气相比 速率大的分子所占比例较大 思路点拨 解答本题应注意以下两点 关键点 1 热力学统计规律显示气体分子的速率呈现 中间多 两头少 的分布 2 温度升高 分子的平均速率增大 速率大的分子所占比例增大 规范解答 选c d 温度升高了 分子的无规则运动加剧 分子的平均速率变大 但个别分子的运动速率可能变小 故a b均错 大量气体分子的速率分布总是呈现 中间多 两头少 的规律 c正确 温度升高 大多数分子的速率增大 d正确 对气体实验定律的微观解释对一定质量的理想气体 当其发生等温 等压和等容变化时有以下几种情况 等温变化 温度不变 分子的平均动能不变 若体积增大 则分子的密集程度减小 对单位面积器壁撞击的分子数减少 故压强减小 等压变化 当温度升高时 气体分子的平均动能增大 压强有增大的趋势 体积膨胀 而气体分子密集程度减 小 压强有减小的趋势 两者效果抵消 气体压强保持不变 等容变化 气体的体积不变 则气体分子的密集程度保持不变 当温度升高时 气体分子的平均动能增大 因此 单位面积上器壁的压力会变大 气体的压强将增大 案例展示 一定质量的理想气体在压强不变的条件下 体积增大 则 a 气体分子的平均动能增大b 气体分