2019_2020学年高中物理第八章气体第4节气体热现象的微观意义练习（含解析）新人教版选修3_3.docx

第4节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”。2知道气体分子运动的特点。3理解气体温度的微观意义，知道气体分子速率的统计分布规律。4理解气体压强的微观意义，知道气体压强大小的决定因素。5理解分子动理论对三个气体实验定律的微观解释。一、随机性与统计规律1随机性(1)必然事件：若在一定条件下，某事件必然出现，这个事件叫做必然事件。(2)不可能事件：若在一定条件下某事件不可能出现，这个事件叫做不可能事件。(3)随机事件：若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，这个事件叫做随机事件。2统计规律大量随机事件的整体表现出一定的规律性，这种规律就是统计规律。热现象与大量分子热运动的统计规律有关。二、气体分子运动的特点1运动的自由性：气体分子之间的距离大约是分子直径的10倍左右，因此，除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，气体分子不受力的作用，在空间内可自由移动。2运动的无序性：分子的运动永不停息，杂乱无章，在某一时刻，向着任何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运动的高速性：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。三、气体温度的微观意义1温度越高，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k成正比，即：Tak(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。四、气体压强的微观意义1气体压强的形成原因气体作用在器壁上的压力是由碰撞产生的，一个气体分子和器壁的碰撞时间是极其短暂的，它施于器壁的作用力是不连续的，但大量分子频繁地碰撞器壁，从宏观上看，可以认为气体对器壁的作用力是持续的、均匀的。2气体压强的决定因素(1)分子的平均动能与密集程度从微观角度来看，气体分子的质量越大，速度越大，即分子的平均动能越大，每个气体分子撞一次器壁的作用力越大，而单位时间内气体分子撞击器壁的次数越多，对器壁的总压力也越大，而这一次数又取决于单位体积内的分子数(分子的密集程度)和平均动能(分子在容器中往返运动着，其平均动能越大，分子平均速率也越大，连续两次碰撞某器壁的时间间隔越短，即单位时间内撞击次数越多)。可见，从微观角度看，气体的压强决定于气体分子的平均动能和分子的密集程度。(2)气体的温度和体积从宏观角度看，一定质量的气体的压强跟气体的体积和温度有关。对于一定质量的气体，体积的大小决定分子的密集程度，而温度的高低是分子平均动能大小的标志。五、对气体实验定律的微观解释1玻意耳定律：一定质量的某种理想气体，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，分子的平均密集程度增大，气体的压强就增大。2查理定律：一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。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。3盖吕萨克定律：一定质量的某种理想气体，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，使分子的密集程度减小，才能保持压强不变。判一判(1)分子沿各个方向运动的机会相等。()(2)气体的温度升高时，所有气体分子的速率都增大。()(3)气体的温度越高，压强就一定越大。()提示：(1)(2)(3)课堂任务气体分子运动的特点及气体温度的微观意义1统计规律：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气体分子沿各个方向运动的机会(几率)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。当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的方向移动，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。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。例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，分子数的分布是均匀的D每个气体分子速率一般不相等，速率很大和速率很小的分子数目很多规范解答物体里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，呈现出“中间多、两头少”的分布规律。故正确答案为B。完美答案B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T、T、T，则()ATTT BTTTCTT，TT DTTT答案B解析温度是气体分子平均动能的标志。由图象可以看出，大量分子的平均速率，因为是同种气体，则kkk，TTT，所以B正确，A、C、D错误。课堂任务气体压强的微观意义气体的压强与大气压强1因密闭容器中的气体密度一般很小，由气体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。2大气压却是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。宏观因素和微观因素要分清，不可交叉考虑，宏观因素是温度和体积，微观因素是单位体积内分子个数(分子密度)和平均动能(冲力)。例2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，压强必变小规范解答影响气体压强的是分子的平均动能和气体的分子数密度。分子热运动变剧烈，表明气体温度升高，分子平均动能增大，但不知气体的分子数密度怎么变化，故压强的变化趋势不明确，A错误，B正确；分子间平均距离变大，表明气体的分子数密度变小，但因不知此时分子的平均动能怎么变，故气体的压强变化趋势不明确，C、D错误。完美答案B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。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的变化。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当温度一定时，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如果分子数密度增大，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答案B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，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；对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A、C、D都不正确。当温度一定时，气体分子的平均速率一定，此时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，所以B正确。课堂任务对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。 例3(多选)对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是()A若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大B若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变C若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加D若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变规范解答若单位体积内分子个数不变，说明体积不变，当分子热运动加剧时，压强一定变大，A正确，B错误；若气体的压强不变而温度降低时，体积减小，则单位体积内分子个数一定增加，C正确，D错误。完美答案AC正确理解决定三个状态参量的微观因素间的关系对一定质量的理想气体来说，分子密度和分子平均动能两个量中，只有一个变化时，都会导致压强变化，因此描述气体的三个状态参量变化时，至少有两个同时发生了变化。在一定的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于 ()A单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多B气体分子的密度变大，分子对器壁的吸引力变大C每个气体分子对器壁的平均撞击力变大D气体分子数密度增大，单位体积内分子重量变大答案A解析气体压强的微观表现是气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数与每个气体分子对器壁的平均撞击力的积，是由分子的平均动能和单位体积内的分子数共同决定。温度一定说明气体分子的平均动能不变，气体体积减小时，单位体积内分子数增多，故单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多，气体的压强增大。故A正确。A组：合格性水平训练1(气体分子速率的分布规律)1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律，后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是()答案D解析分子的速率分布遵循“中间多两头少”的统计规律，即分子平均速率附近的分子最多，与平均速率差距越大的分子越少，故D正确。2(气体分子速率的分布规律)对一定质量的气体，通过一定的方法得到了某一速率的分子数目N与速率v的两条关系图线，如图所示，下列说法正确的是()A曲线对应的温度T1高于曲线对应的温度T2B曲线对应的温度T1可能等于曲线对应的温度T2C曲线对应的温度T1低于曲线对应的温度T2D无法判断两曲线对应的温度关系答案C解析温度越高，分子的平均速率越大，从题图中可以看出的平均速率大，故的温度高，C正确。3(气体压强的微观意义)密闭容器中气体的压强是()A由于气体的重力产生的B由于分子间的相互作用力产生的C大量气体分子频繁碰撞器壁产生的D在失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强答案C解析密闭容器中的气体由于自身重力产生的压强很小，可忽略不计。其压强是由气体分子频繁碰撞器壁产生的，大小由气体的温度和分子数密度决定，A、B错误，C正确；失重时，气体分子仍具有分子动能，对密闭容器的器壁仍然有压强的作用，D错误。4(综合)(多选)x、y两容器中装有相同质量的氦气，已知x容器中氦气的温度高于y容器中氦气的温度，但压强却低于y容器中氦气的压强。由此可知()Ax中氦气分子的平均动能一定大于y中氦气分子的平均动能Bx中每个氦气分子的动能一定都大于y中每个氦气分子的动能Cx中动能大的氦气分子数一定多于y中动能大的氦气分子数Dx中氦气分子的热运动一定比y中氦气分子的热运动激烈答案ACD解析分子的平均动能取决于温度，温度越高，分子的平均动能越大，但对于任一个氦气分子来说并不一定成立，故A正确，B错误；分子的动能也应遵从统计规律，即“中间多、两头少”，温度较高时，动能大的分子数一定多于温度较低时动能大的分子数，C正确；温度越高，分子的无规则热运动越激烈，D正确。5(气体压强的微观意义)(多选)下列说法中正确的是()A一定质量的气体被压缩时，气体压强不一定增大B一定质量的气体温度不变，压强增大时，其体积必减小C气体压强是由气体分子间的斥力产生的D一定质量的气体，在压强不变时，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数随着温度降低而增加答案ABD解析一定质量的气体压强由温度和体积共同决定，体积减小，温度变化不明确，故气体压强变化不明确，A正确；温度不变，压强增大，则体积必减小，B正确；气体的压强是由气体分子频繁地撞击器壁而产生的，C错误；温度降低，分子的平均动能减小，但气体体积变化不明确，所以压强变化不明确，故D正确。6(气体压强的微观意义)如图所示，一定质量的某种气体的等压线，等压线上的a、b两个状态比较，下列说法正确的是()A在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多B在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多C在相同时间内撞在相同面积上的分子数两状态一样多D单位体积的分子数两状态一样多答案B解析由题图可知一定质量的气体a、b两个状态，压强相等，而a状态温度低，分子的平均动能小，平均每个分子对器壁的撞击力小，而压强不变，则相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态一定较多，故A、C错误，B正确；一定质量的气体，分子总数不变，VbVa，单位体积的分子数a状态多，故D错误。7(对气体实验定律的微观解释)(多选)汽缸内封闭着一定质量的理想气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时()A气体的分子数密度增大B气体的压强增大C气体分子的平均动能减小D每秒钟撞击器壁单位面积上的气体分子数增多答案BD解析一定质量的理想气体，体积不变，分子数密度一定，当温度升高时分子的平均动能变大，平均速率变大，每秒钟撞击器壁单位面积上的气体分子数增多，冲力增大，因而气体压强一定增大，故A、C错误，B、D正确。8(综合)(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是()A温度升高，气体中每个分子的动能都增大B在任一温度下，气体分子的速率分布呈现“中间多，两头少”的分布规律C从微观角度看，气体的压强取决于气体分子的平均动能和分子的密集程度D温度不变时，气体的体积减小，压强一定增大E气体的压强由分子数密度、分子平均动能、重力共同来决定答案BCD解析温度升高时，分子平均动能增大，但每个分子的动能不一定增大，A错误；气体分子的速率分布规律是“中间多，两头少”，B正确；气体的压强由分子数密度和分子平均动能决定，与重力无关，C正确、E错误；温度不变，体积减小时，由玻意耳定律可知，压强一定增大，D正确。B组：等级性水平训练9(综合)用一导热的可自由滑动的轻隔板把一圆柱形容器分隔成A、B两部分，如图所示。A和B中分别封闭有质量相等的氮气和氧气，均可视为理想气体，则可知两部分气体处于热平衡时()A内能相等B分子的平均动能相等C分子的平均速率相等D分子数相等答案B解析两种理想气体的温度相同，所以分子的平均动能相同，而气体种类不同，其分子质量不同，所以分子的平均速率不同，故B正确，C错误。两种气体的质量相同，而摩尔质量不同，所以分子数不同，故D错误。两种气体的分子平均动能相同，但分子个数不同，故内能也不相同，故A错误。10(综合)下列关于气体的说法中，正确的是()A由于气体分子运动的无规则性，所以密闭容器的器壁在各个方向上的压强可能会不相等B气体的温度升高时，所有的气体分子的速率都增大C一定质量的气体体积不变，气体分子的平均动能越大，气体的压强就越大D气体的分子数越多，气体的压强就越大答案C解析气体分子一直做无规则运动，但是由于在同一时刻，向各个方向运动的概率相同，故对器壁在各个方向上的压强相等，A错误；温度升高时，气体分子的平均速率增大，但不是所有的气体分子速率都增大，B错误；体积不变，分子的平均动能越大说明温度越高，压强越大，C正确；气体压强由气体分子数密度和平均动能共同决定，D错误。11(综合)(多选)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答案AB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，气体的温度升高，气体分子的平均动能一定增大，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，故B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体密度增大，故C错误；温度升高，压强、体积中至少有一个会发生改变，故D错误。12(综合)(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法中正确的是()A温度不变时，压强增大n倍，单位