高中物理 第八章 气体 4 气体热现象的微观意义教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

高中物理 第八章 气体 4 气体热现象的微观意义教材梳理素材 新人教版选修3-3（通用）

‎4 气体热现象的微观意义 ‎ 庖丁巧解牛 知识·巧学 一、统计规律 相同条件下大量偶然事件整体表现出来的必然规律.‎ 联想发散 用分子运动的观点研究热现象涉及的是大量分子，因此要用到统计方法，应用统计理论.‎ 二、气体分子运动的特点 ‎1.气体分子的微观模型：气体分子看作没有相互作用力的质点——理想气体的微观模型.‎ 气体分子间距离大（约为分子直径的10倍），分子力小（可忽略），所以气体没有一定的形态和体积.‎ ‎2.气体分子运动的统计规律 ‎（1）统计规律：大量偶然事件的整体表现出来的规律叫做统计规律.‎ ‎（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.‎ 深化升华 当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，即速率大的分子数目增多，速率小的分子数目减少，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈，定量的分析表明理想气体的热力学温度T与分子的平均动能Ek成正比，即T=a，因此说，温度是分子平均动能的标志.‎ ‎3.研究气体分子运动的意义 热现象与大量分子热运动的统计规律有关.了解了气体分子运动的特点，就有助于热现象的认识研究.‎ 三、气体压强的微观意义 ‎1.产生原因：气体的压强是大量的气体分子频繁地碰撞容器壁而产生的.‎ 大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生气体的压强，单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁的碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力，所以从分子动理论的观点看来，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.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.‎ ‎3.决定气体压强大小的因素 气体压强由气体分子的密度和平均动能决定.气体分子密度（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（可视作弹性碰撞）给器壁的冲力就大；另一方面，分子的平均速率大，在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就多，累计冲力就大.‎ 气体的体积增大，分子密度变小，在此情况下，如温度不变，气体压强减小，如温度降低，气体压强进一步减小；如温度升高则气体压强可能不变，可能变化，由分子数密度变化和温度变化两个因素中哪一个起主导地位来定.‎ 深化升华 从微观角度上讲，气体压强的大小，取决于两个因素：一个是气体分子的平均动能，另一个是分子的密集程度.从宏观角度上讲，气体压强取决于温度和体积.‎ 四、对气体实验定律的微观解释 ‎1.对玻意耳定律的解释 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，当体积减小时，单位体积内的分子数增大，气体的压强就增大，体积减小为原来的一半时，单位体积内的分子数增大为原来的2倍，压强增大为原来的2倍.‎ ‎2.对查理定律的解释 一定质量的气体，体积保持不变，单位体积内的分子数不变.温度升高时，分子的平均动能增大，气体压强增大.‎ ‎3.对盖·吕萨克定律的解释 一定质量的气体，温度升高时，分子的平均动能增大，有使压强增大的趋势.只有气体体积同时增大，使单位体积内的分子数减小，有压强减小的趋势.当两个相反的趋势相互抵消时，压强保持不变.‎ 记忆要诀 对气体实验定律的微观解释 ‎（1）玻意耳定律 m、T一定（E一定）‎ ‎（2）查理定律 m、V一定（n0一定）‎ ‎（3）盖·吕萨克定律 m、p一定不变p不变 典题·热题 知识点一 气体分子运动特点 例1 为什么气体既没有一定的体积，也没有一定的形状？‎ 解析:因为气体分子间的距离较大，大约是分子直径的10倍，所以可以把分子看作是没有大小的质点，并可以认为分子间的相互作用十分微弱，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞之外，不受到力的作用，可在空间内自由移动，因而能充满它所能达到的空间，所以气体既没有一定的体积，也没有一定的形状.‎ 巧妙变式 为什么液体有一定体积却没有一定的形状？对这样的问题也应从分子运动的特点去解释.‎ 知识点二 气体压强的微观意义 例2 如图‎8-4-3‎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等体积的水，乙中充满空气，试问：‎ 图‎8-4-3‎ ‎（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p=ρgh（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p=ρgx，对乙容器，各处器壁上的压强大小都相等，其大小决定气体的密度和温度.‎ ‎（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.‎ 误区警示 在本题中易犯的错误是将液体压强或气体压强产生的原因混为一谈.‎ 例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，分子的平均动能都不能确定是增大还是减小.‎ 综上所述，正确选项为A.‎ 答案：A 巧解提示 温度是分子平均动能的大小的标志.可由理想气体状态方程=C（常量）进行判断T的变化.‎ 例4 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 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，正确选项为A、B.‎ 答案：AB 方法归纳 对于这类定性判断的问题可从两个途径进行分析：一是从微观角度分析；二是从理想气体状态方程分析.‎ 问题·探究 交流讨论探究 问题 用打气筒给自行车胎打气越打越费力，你怎样解释这一现象？‎ 探究过程：‎ 李明：给自行车打气时，由于分子间存在斥力，因此，越打气越多，斥力越明显，故越费力.‎ 焦珊：对于气体来说，分子间距离总是大于r0,不可能达到小于r0.故气体分子间分子力表现为引力，因而，越打越省力，不会出现越打越费力的现象，故李明同学说的不对.‎ 刘国政：李明同学说的不对，因为气体分子间距离是大于r0，不应表现为斥力.焦珊说的也不对，因为事实是越打越费力.‎ 王龙：分子间表现为斥力，分子间距离r要小于r0，对气体来说，分子间距离总是大于r0，不可能达到小于r0，气体分子可以自由运动，达到它所能达到的空间，即气体分子间束缚力非常弱，而且一定总是表现为微弱的分子引力，打气越打越费劲，是因为气体能产生压强的缘故，一定气体、体积越小，压强越大.即气体分子密度越大，压强越大，给车胎打气，越打车胎内气体分子密度越大，则压强越大，所以越费力.‎ 探究结论：打气越打越费劲，是因为气体能产生压强的缘故，一定气体体积越小，压强越大.‎