第4节气体热现象的微观意义

第4节气体热现象的微观意义气体

实际气体在压强很大时不能遵守玻意耳定律的原因，从分子运动论的观点来分析，有下述两个方面．(1)分子本身占有一定的体积分子半径的数量级为10－10m，把它看成小球，每个分子的固有体积约为4×10－30m3.在标准状态下，1m3气体中的分子数n0约为3×1025，分子本身总的体积为n0V约为1.2×10－4，跟气体的体积比较，约为它的万分之一，可以忽略不计．当压强较小时，由于分子本身的体积可以忽略不计，因此实际气体的性质近似于理想气体，能遵守玻意耳定律．当压强很大时，例如p＝1000×105Pa，假定玻意耳定律仍能适用，气体的体积将缩小为原来的千分之一，分子本身的总体积约占气体体的1/10.在这种情况下，分子本身的体积就不能忽略不计了．由于气体能压缩的体积只是分子和分子之间的空隙，分子本身的体积是不能压缩的，就是说气体的可以压缩的体积比它的实际体积小．由于这个原因，实际气体当压强很大时，实测的pV值比由玻意耳定律计算出来的理论值偏大．(2)分子间有相互作用力实际气体的分子间都有相互作用，除了分子相距很近表现为斥力外，相距稍远时则表现为引力，距离再大，超过几十纳米(纳米的符号是nm,1nm＝10－9m)时，则相互作用力趋于零．当压强较大时，气体分子间距离较大，分子间相互作用力可以不计，因此实际气体的性质近似于理想气体．但当压强很大时，分子间的距离变小，分子间的相互吸引增大．于是，靠近器壁的气体分子受到指向气体内部的引力，使分子对器壁的压力减小．因而气体对器壁的压强比不存在分子引力时的压强要小．因此，当压强很大时，实际气体的实测pV值比由玻意耳定律计算出来的理论值偏小．上述两个原因中，一个是使气体的pV实验值偏大，一个是使气体的pV实验值偏小．在这两个原因中，哪一个原因占优势，就向哪一方面发生偏离．这就是实际气体在压强很大时不能严格遵守玻意耳定律的原因．同样，盖·吕萨克定律和查理定律用于实际气体也有偏差．5．玻意耳定律的微观解释：分子的________是一定的，体积减小时，分子的密集程度________，气体的压强就增大．6．查理定律的微观解释：分子的____________保持不变，温度升高时，分子的平均动能____________，气体的压强就________．7．盖·吕萨克定律的微观解释：温度升高时，分子的_____增大，只有气体的______同时增大，使分子的_____减小，才能保持压强不变．答案： 5．平均动能增大 6．密集程度增大增大 7．平均动能体积密集程度气体分子运动的特点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，在空间自由移动．2．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．气体分子的热运动与温度的关系(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

成正比，即：T＝a

(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．注：理想气体没有分子势能，所以其内能仅由温度决定，温度越高，内能越大，温度越低，内能越小．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．气体分子的平均动能减小C．气体分子的平均动能不变D．条件不足，无法判定气体分子平均动能的变化情况解析：一定质量的理想气体，在压强不变时，由盖·吕萨克定律＝C可知，体积增大，温度升高，所以气体分子的平均动能增大，故A正确．答案：A变式迁移1．关于气体分子的速率，下列说法正确的是()A．气体温度升高时，每个气体分子的运动速率一定都增大B．气体温度降低时，每个气体分子的运动速率一定都减小C．气体温度升高时，气体分子运动的平均速率必定增大D．气体温度降低时，气体分子运动的平均速率可能增大解析：温度是所有分子热运动的平均动能的标志．温度升高分子的平均动能增大，由

＝mv2可知，分子的平均速率增大，同时由麦克斯韦气体分子速率分布规律可知，温度升高时，气体分子速率大的分子所占的比率增大，速率小的分子所占的比率减小，故气体分子的平均速率一定增大，故选项C正确．而温度降低时则正好相反，故选项D错．对每一个分子的运动速率在温度升高时不一定增大，在温度降低时也不一定减小，故选项A、B错误．答案：C点评：明确气体分子运动速率的分布规律是对大量分子的统计规律．对单个分子是没有意义的．气体压强的微观意义用豆粒做气体分子的模型，可以演示气体压强产生的机理．把一颗豆粒拿到台秤上方约10cm的位置，放手后使它落在秤盘上，观察秤的指针的摆动情况．再从相同高度把100粒或者更多的豆粒连续地倒在秤盘上(上图)，观察指针的摆动情况．使这些豆粒从更高的位置落在秤盘上，观察指针的摆动情况．1．气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的压力．2．产生原因：大量气体分子无规则运动碰撞器壁，形成对器壁各处均匀的持续的压力．3．决定因素：一定气体的压强大小，微观上决定于分子的平均动能和单位体积内的分子数；宏观上决定于气体的温度T和体积V.封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是()A．气体的密度增大B．气体的压强增大C．气体分子的平均动能减小D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多解析：由理想气体状态方程可知，当体积不变时，＝常数，T升高时，压强增大，B正确．由于体积不变，分子密度不变，而温度升高，分子的平均动能增加，所以单位时间内，气体分子对容器器壁碰撞次数增多，D对，A、C错．答案：BD变式迁移2．一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体压强增大，从分子运动理论观点来分析，这是因为()A．气体分子的平均动能增大B．单位时间内，器壁单位表面积上分子碰撞的次数增多C．气体分子数增加D．气体分子数的密度加大解析：等温变化，分子平均动能不变，即气体分子每次撞击器壁的冲力不变；而体积减小，分子密度增加，器壁单位时间单位面积上撞击的分子数多，所以压强增大．B、D正确．答案：BD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，分子的平均动能是一定的．在这种情况下，体积减小时，分子的密集程度增大，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．如右图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程是()A．气体的温度不变B．气体的内能增加C．气体分子的平均速率减少D．气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变解析：从p­V图象中的AB图线可知，气体状态由A变到B为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强跟绝对温度成正比．选项A中温度不变是不对的，应该是压强增大温度升高．气体的温度升高，内能增加，选项B对．气体的温度升高，分子平均速率增加，故选项C错．气体压强增大，则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加，故选项D是错误的．答案：B变式迁移3.对一定质量的气体．下列说法正确的是（）A．压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大B．压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大C．压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大D．压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大解析：体积增大，分子密集程度减小，单位时间对器壁碰撞次数减少，压强增大，说明分子对单位面积器壁的作用力增大，这说明分子的平均动能增大，选项A是正确的，选项B错误．在C、D两种说法中，都不能确定分子的平均动能是增大还是减小.综上所述，正确选项为A．答案：A基础巩固解析：等温变化，分子平均动能不变，即气体分子每次撞击器壁的冲力不变；而体积减小，分子密度增加，器壁单位时间单位面积上撞击的分子数多，所以压强增大.B、D正确.答案：BD2.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能力提升9.如图所