2019_2020学年高中物理第1章分子动理论第2节气体分子运动与压强学案鲁科版.docx

第2节气体分子运动与压强1.知道什么是统计规律，体会在研究大量偶然事件时采用统计方法的意义2.知道气体分子运动速率的统计分布规律(难点重点)3.理解气体压强的产生原因，知道温度、体积对气体压强的影响(难点)一、偶然中的必然统计规律某一事件的出现是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律，这种大量偶然事件表现出来的整体规律，叫做统计规律二、气体分子速率分布规律每个气体分子运动的速率是不确定的在一定温度下，不管个别分子怎样运动，气体的多数分子的速率都在某个数值附近，表现出“中间多、两头少”的分布规律1(1)气体分子的运动是杂乱无章的，没有一定的规律()(2)大量气体分子的运动符合统计规律()提示：(1)(2)三、气体的压强气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生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明确气体压强的决定因素：气体温度与单位体积的分子数2(1)密闭气体的压强是由气体受到重力而产生的()(2)气体的温度越高，压强就一定越大()(3)大气压强是由于空气受重力产生的()提示：(1)(2)(3)气体分子的运动规律1实验一：抛掷硬币实验者抛掷次数m出现正面次数n出现正面的频率棣莫佛2 0481 0610.518 1布丰4 0402 0480.506 9皮尔逊12 0006 0190.501 6皮尔逊24 00012 0120.500 5这些数据说明，某一事件的出现纯粹是偶然的，但大量的偶然事件却会表现出一定的规律这种大量偶然事件表现出来的整体规律，叫做统计规律2实验二：用伽耳顿板模拟分子的无规则运动实验过程与现象：(1)从伽耳顿板的入口投入一个小球，该小球在下落过程中先后与许多小钉发生碰撞，最后落入某一个狭槽内，重复几次实验，可以发现小球每次落入的狭槽不完全相同这表明，在每一次实验中，小球落入某个狭槽内的机会是偶然的(2)如果一次投入大量的小球，可以看到，落入每个狭槽内的小球数目是不相同的，在中央处的狭槽内小球分布得最多，离中央越远的狭槽内小球分布得越少，呈现一种“中间多，两头少”的分布规律(如图)3麦克斯韦气体分子速率分布规律(1)规律内容：在一定温度下，不管个别分子怎样运动，气体的多数分子的速率都在某个数值附近，表现出“中间多，两头少”的分布规律(2)温度升高时，“中间多，两头少”的分布规律不变，速率大的分子数量增多，分布曲线的峰值向速率大的一方移动(如图)一定量的气体，在某一温度下分子速率按“中间多、两头少”的规律分布，但对某个分子来说，其速率是不确定的4气体分子运动的特点(1)大量分子无规则运动，使气体分子间频繁碰撞例如标准状况下，1个空气分子在1 s内跟其他空气分子碰撞的次数达65亿次(2)正是“频繁碰撞”造成气体分子不断地改变运动方向，使得每个气体分子可自由运动的行程极短(理论研究指出通常情况下气体分子自由运动行程的数量级仅为108 m)，整体上呈现为杂乱无章的运动(3)分子运动的杂乱无章，使得分子在各个方向运动的机会均等(多选)关于气体分子的运动情况，下列说法中正确的是()A某一时刻，具有任一速率的分子数目是相等的B某一时刻，一个分子速度的大小和方向是偶然的C某一时刻，向任意一个方向运动的分子数目相等D某一温度下，大多数气体分子的速率不会发生变化解析具有某一速率的分子数目并不是相等的，呈“中间多、两头少”的统计分布规律，选项A错误；由于分子之间频繁地碰撞，分子随时都会改变自己运动速度的大小和方向，因此在某一时刻一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，选项B正确；虽然每个分子的速度瞬息万变，但是大量分子的整体运动存在着统计规律由于分子数目巨大，某一时刻向任意一个方向运动的分子数目只有很小的差别，可以认为是相等的，选项C正确；某一温度下，每个分子的速率仍然是瞬息万变的，只是分子运动的平均速率相同，选项D是错误的答案BC牢记气体分子运动的规律：一是个别分子运动的偶然性，二是大量分子整体运动具有的规律性，不可把大量分子的统计结果用在个别分子上，也不能因为少量的差异去要求整体规律上的严密性. 1.如图，横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比图中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯韦速率分布规律的是()A曲线B曲线C曲线 D曲线解析：选D.在气体系统中，速率很小、速率很大的分子较少，中等速率的分子所占比率较大，符合正态分布速率曲线应如曲线.气体的压强1气体压强产生的原因：大量气体分子与器壁碰撞时，对器壁产生持续的压力，单位面积上的压力即为压强由此可见，气体的压强是大量的气体分子频繁的碰撞器壁而产生的2气体压强大小的决定因素：单位体积内的气体的分子数越多，分子在单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数越多，压强越大；温度越高，气体分子运动的平均速率越大，每个分子对器壁的碰撞作用力就越大，由此可知：气体的压强由气体分子的密度和温度决定(多选)对于一定量的稀薄气体，下列说法中正确的是()A压强变大时，分子热运动必然变得剧烈B保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈C压强变大时，分子间的平均距离必然变小D压强变小时，分子间的平均距离可能变小解题探究(1)影响气体压强的宏观因素有哪些？(2)影响气体压强的微观因素有哪些？解析一定量的稀薄气体，可以认为是理想气体气体的压强增大可能是由气体的体积缩小而引起的，不一定是分子的热运动变得剧烈所致，A错误；在气体的体积增大时，气体分子的热运动一定变得剧烈，压强才会保持不变，B正确；气体压强增大可能是由气体的体积缩小而引起，这样气体分子的平均距离会变小，也可能是由于分子的热运动变得剧烈所致，而气体的体积不变，这时气体分子的平均距离不会变小，C错误；如果气体分子的热运动变得缓慢时，气体的体积减小一些，即气体分子的平均距离减小一些，气体的压强也可能减小，D正确答案BD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，不能根据任何单个因素的变化确定压强是否变化. 2.对一定量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则()A当体积减小时，N必定增加B当温度升高时，N必定增加C当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化D当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变解析：选C.单位时间内与器壁单位面积上相碰的分子数N既与分子数的密度有关，还与分子的平均速率有关，当气体体积减小时，分子数密度增加，但若温度很低，分子平均速率很小，N也不一定增加，A错误；当温度升高，分子的平均速率增大，但若体积增大，分子密度减小，N也不一定增加，B错误；当气体压强不变，则器壁单位面积受到的压力不变，由于温度变化，每个分子对器壁的冲力变化，N只有变化才能保持压强不变，故C正确，D错误气体压强与大气压强、液体压强的区别1气体压强：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，故气体对器壁的压强由气体分子对器壁的碰撞产生，大小由气体分子的密集程度和温度决定，与地球的引力无关，气体对器壁上下左右的压强是大小相等的2大气压强：大气压强从微观上说是由于大气分子频繁撞击地面的结果，从宏观上说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如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压，地面大气压的值与地球表面积的乘积，近似等于大气层所受的重力值3液体压强：液体压强是由于自身重力所产生的，失重后将不再产生压强如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装有与容器容积相等的水，乙中充满空气，试问：(1)两容器各侧壁压强的大小关系及压强的大小决定于哪些因素？(容器容积恒定)(2)若让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？解析(1)对甲容器，上壁的压强为零，底面的压强最大，其数值为pgh(h为上、下底面间的距离)侧壁的压强自上而下，由小变大，其数值大小与侧壁上各点距水面的竖直距离x的关系是pgx.对乙容器，各处器壁上的压强大小都相等，其大小决定于气体的分子密度和温度(2)甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零乙容器做自由落体运动时，器壁各处的压强不发生变化答案见解析3.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pApB，乙容器中pCpDD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pgh，hAhB，可知pApB，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，故pCpD，C对；当温度升高时，pA、pB不变，而pC、pD增大，D错随堂检测1(多选)关于气体分子运动的特点，下列说法中正确的是()A由于气体分子间距离较大，所以气体很容易被压缩B气体之所以能充满整个空间，是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱，气体分子可以在空间自由运动C由于气体分子间的距离较大，所以气体分子间根本不存在相互作用D气体分子间除相互碰撞外，几乎无相互作用解析：选ABD.气体分子间距离较大，相互作用的引力和斥力很微弱，所以气体很容易被压缩，气体分子能自由运动，故A、B均正确但气体间有相互作用，故C错误，D正确2某同学觉得一只气球体积比较小，于是他用打气筒给气球继续充气据有关资料介绍，随着气球体积的增大，气球膜的张力所产生的压强逐渐减小，假设充气过程气球内部气体的温度保持不变，且外界大气压强也不变，则充气气球内部气体()A压强增大B单位体积内分子数增多C单位体积内分子数减少D分子的平均动能增大解析：选C.随着气球体积的增大，气球膜的张力所产生的压强逐渐减小，充气气球内部气体的压强减小，故选项A是错误的温度不变，分子平均动能不变，压强减小，所以单位体积内分子数减少，故选项B、D是错误的，选项C是正确的3气体能够充满密闭容器，说明气体分子除相互碰撞的短暂时间外()A气体分子可以做布朗运动B气体分子的动能都一样大C相互作用力十分微弱，气体分子可以自由运动D相互作用力十分微弱，气体分子间的距离都一样大解析：选C.布朗运动是指悬浮颗粒因受分子作用力不平衡而引起的悬浮颗粒的无规则运动，选项A错误；气体分子因不断相互碰撞其动能瞬息万变，因此才引入了分子的平均动能，选项B错误；气体分子不停地做无规则热运动，其分子间的距离大于10r0，因此气体分子间除相互碰撞的短暂时间外，相互作用力十分微弱，分子的运动是相对自由的，可以充满所能达到的整个空间，故选项C正确；气体分子在不停地做无规则运动，分子间距离不断变化，故选项D错误4如图是氧气分子在不同温度(0 和100 )下的速率分布，由图可得信息正确的是()A同一温度下，氧气分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律B随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大C随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例升高D随着温度的升高，氧气分子的平均速率变小解析：选A.同一温度下，氧气分子速率呈现出“中间多，两头少”的分布规律，选项A正确随着温度的升高，氧气分子的平均速率变大，氧气分子中速率小的分子所占的比例减小，但不是每一个氧气分子的速率都增大，选项B、C、D错误课时作业一、单项选择题1下列说法中不正确的是()A气体体积等于容器的容积B气体压强的大小取决于单位体积内的分子数和分子平均速率C温度升高，大量气体分子中速率小的分子数减少，速率大的分子数增多D一定质量的气体，温度一定时，体积减小，则单位时间内分子对单位面积容器壁的碰撞次数增多，压强增大解析：选B.决定气体压强的因素是温度和单位体积内的分子数温度越高，分子的平均动能越大；单位体积内分子数越多，碰撞器壁的分子数越多，压强越大另外气体分子间距大，分子力可忽略，故气体无一定形状，其体积就是容器体积2有关气体压强，下列说法正确的是()A气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大B气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大C气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大D气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小解析：选D.气体压强由气体分子的密度和平均动能共同决定，密集程度或平均动能增大，都只强调问题的一方面，也就是说，平均动能增大的同时，气体的体积可能也增大，使得分子密集程度减小，所以压强可能增大，也可能减小同理，当分子的密集程度增大时，分子的平均动能可能增大，也可能减小，压强的变化不能确定综上所述，正确选项为D.3.对一定质量的气体，通过一定的方法得到了分子数目f(v)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解析：选C.一定质量的气体，温度升高时，速率大的分子数目增加，曲线的峰值向速率增大的方向移动，且峰值变小，由此可见，曲线对应的温度T2一定高于曲线对应的温度T1，故C项正确4下面的表格是某年某地区16月份的气温与气压对照表，则下列说法正确的是()月份123456平均气温()1.43.910.719.626.730.2平均大气压(105 Pa)1.021.0191.0141.0081.0030.998 4A空气分子无规则热运动呈增强的趋势B空气分子无规则热运动的情况一直没有变化C单位时间内与单位面积地面撞击的空气分子数呈增多的趋势D单位时间内与单位面积地面撞击的空气分子数一直没有变化解析：选A.气体温度升高，空气分子无规则热运动呈增强趋势，而气体压强在减小，故单位时间内与单位面积地面撞击的分子数在减小，所以A选项正确5在一个水温相同的游泳池中，一个小空气泡由水底缓慢向上浮起时，下列对空气泡内气体分子的描述中正确的是()A气体分子的平均速率不变B气体分子密度增加C气体分子单位时间内撞击气泡与液体界面单位面积的分子数增加D气体分子无规则运动加剧解析：选A.气体温度不变，分子平均速率不变，故A正确，D错误上浮过程中，气体压强减小，单位时间内与单位面积撞击的分子数减少，单位体积内分子数减少，故B、C均不正确6关于密闭容器中气体的压强，下列说法中正确的是()A是由气体受到的重力产生的B是由气体间的相互作用力产生的C是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的D容器运动的速率越大，气体的压强也就越大解析：选C.气体压强是大量分子频繁碰撞器壁产生的，受单位体积内气体的分子数和气体的温度影响而与气体的重力、容器的运动等因素都无关，故C项正确，A、B、D均不正确7大量气体分子做无规则运动，速率有的大，有的小，当气体温度由某一较低温度升高到某一较高温度时，关于分子速率的说法正确的是()A温度升高时，每一个气体分子的速率均增加B在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的C气体分子的速率分布不再呈“中间多，两头少”的分布规律D气体分子的速率分布仍然呈“中间多，两头少”的分布规律解析：选D.温度升高时，分子速率分布规律不变，但分布曲线的峰值向速率大的一侧移动二、多项选择题8在研究热现象时，我们可以采用统计方法，这是因为()A每个分子的运动速率随温度的变化是有规律的B个别分子的运动不具有规律性C在一定温度下，大量分子的速率分布是确定的D在一定温度下，大量分子的速率分布随时间而变化解析：选BC.少量分子运动无规律，大量分子呈现出一定规律要研究大量分子，须采用统计法9下列哪些参量能决定气体的压强()A一定质量气体的体积和温度B分子密度和温度C分子总数和温度D分子密度和分子种类解析：选AB.气体的压强是气体分子对容器壁频繁碰撞产生的，从微观的角度考虑，气体的压强大小是由分子的平均动能和分子的密集程度共同决定的，从宏观的角度考虑，一定质量的气体的压强与气体的温度和体积有关故正确答案为A、B.10对于一定质量的气体，当它们的压强和体积发生变化时，以下说法正确的是()A压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变B压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小C压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变D压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大解析：选AD.质量一定的气体，分子总数不变，体积增大，单位体积内的分子数减少；体积减小，单位体积内的分子数增大，根据气体的压强与单位体积内的分子数和分子的平均动能这两个因素的关系，可判知A、D选项正确，B、C选项错误11通过大量实验可以得出一