第4章-第2節(jié) 氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋

1、.第2節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識(shí) 脈 絡(luò)1.知道理想氣體的特點(diǎn)重點(diǎn)2.知道氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因和決定壓強(qiáng)的因素重點(diǎn)3.會(huì)用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律難點(diǎn)理 想 氣 體1定義：嚴(yán)格遵從3個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體2理想氣體的壓強(qiáng)1從分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看，理想氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子不斷碰撞容器壁的結(jié)果，氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力2微觀上，理想氣體壓強(qiáng)與單位體積的分子數(shù)和分子的平均動(dòng)能有關(guān)3宏觀上，一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)與體積和溫度有關(guān)3理想氣體的內(nèi)能1由于理想氣體分子除了碰撞外，分子間沒有互相作用力，因此理想氣體不存在分子勢(shì)能，其內(nèi)能只是所有分子

2、熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能的總和2微觀上，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅跟分子的平均動(dòng)能有關(guān)3宏觀上，一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅跟溫度有關(guān)，而與體積無關(guān)1理想氣體分子間沒有作用力，故不存在分子勢(shì)能2理想氣體溫度升高時(shí)其內(nèi)能不一定增大3密閉容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)是由于氣體分子碰撞容器壁產(chǎn)生的把一只充足氣的氫氣球由溫度低的地方拿到溫度高的地方時(shí)容易爆裂，這是為什么呢？圖421【提示】氣體溫度升高，氣體分子平均動(dòng)能增大，氣體分子對(duì)氫氣球的撞擊力增大，壓強(qiáng)增大討論1：為了使氣體在任何溫度、壓強(qiáng)下都遵從實(shí)驗(yàn)定律，引入了理想氣體的概念，試分析實(shí)際氣體在什么條件下可以當(dāng)成理想氣體【提示】實(shí)際氣體在溫度不低于零下幾十?dāng)z氏度、壓強(qiáng)不超過

3、大氣壓的幾倍時(shí)，可以當(dāng)成理想氣體來處理討論2：理想氣體存在嗎？【提示】理想氣體是一個(gè)“理想模型，實(shí)際并不存在1理想氣體1理想氣體是一種理想化模型，是對(duì)實(shí)際氣體的科學(xué)抽象2宏觀上：理想氣體是嚴(yán)格遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體3微觀上：理想氣體分子本身的大小與分子間的間隔 相比可以忽略不計(jì)，分子可視為質(zhì)點(diǎn)4從能量上看，理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子力，所以其狀態(tài)無論怎么變化都沒有分子力做功，即沒有分子勢(shì)能的變化，于是理想氣體的內(nèi)能只有分子動(dòng)能，即一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能完全由溫度決定，而與氣體的體積無關(guān)2決定氣體壓強(qiáng)的因素1產(chǎn)生原因：大量做無規(guī)那么熱運(yùn)動(dòng)的分子對(duì)器壁頻繁、持續(xù)地碰撞，產(chǎn)生氣體的壓強(qiáng)，氣體的

4、壓強(qiáng)等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力2決定氣體壓強(qiáng)大小的因素宏觀因素：決定氣體壓強(qiáng)的宏觀因素有氣體的溫度和體積假設(shè)溫度不變，p；假設(shè)體積不變，pT.假設(shè)溫度和體積同時(shí)都發(fā)生變化，可根據(jù)氣體狀態(tài)方程確定氣體的壓強(qiáng)微觀因素：由于氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子與器壁發(fā)生頻繁的碰撞而產(chǎn)生的，所以氣體壓強(qiáng)的大小是由氣體分子單位時(shí)間內(nèi)在單位面積上與器壁碰撞的次數(shù)及每次碰撞時(shí)對(duì)器壁的作用力的大小共同決定的因此氣體的壓強(qiáng)在微觀上由氣體分子的密度和氣體分子的平均動(dòng)能共同決定3理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系1對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，以下狀態(tài)變化中可能的是A使氣體體積增加而同時(shí)溫度降低B使氣體溫度升高

5、，體積不變，壓強(qiáng)減小C使氣體溫度不變，而壓強(qiáng)、體積同時(shí)增大D使氣體溫度降低，壓強(qiáng)減小，體積減小E使氣體體積不變，溫度升高，壓強(qiáng)增大【解析】對(duì)于理想氣體，滿足公式C.假設(shè)體積增加而溫度降低，只要壓強(qiáng)也變小，公式就成立，A選項(xiàng)是可能的；假設(shè)溫度升高，體積不變，壓強(qiáng)應(yīng)是變大的，B選項(xiàng)是不可能的；假設(shè)溫度不變，壓強(qiáng)與體積成反比，不可能同時(shí)增大，C選項(xiàng)不可能；溫度降低，壓強(qiáng)減小，體積可能減小，可能變大，D選項(xiàng)可能；等容變化時(shí)，溫度升高，壓強(qiáng)增大，E是可能的【答案】ADE2關(guān)于氣體的說法中，錯(cuò)誤的選項(xiàng)是A由于氣體分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)那么性，所以密閉容器的器壁在各個(gè)方向上的壓強(qiáng)可能會(huì)不相等B氣體的溫度升高時(shí)，所有

6、的氣體分子的速率都增大C一定質(zhì)量的氣體其體積不變，氣體分子的平均動(dòng)能越大，氣體的壓強(qiáng)就越大D氣體的分子數(shù)越多，氣體的壓強(qiáng)就越大E分子數(shù)密度越大，平均動(dòng)能越大，那么氣體的壓強(qiáng)越大【解析】由于氣體分子運(yùn)動(dòng)的無規(guī)那么性，遵循統(tǒng)計(jì)規(guī)律，氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的數(shù)目相等，器壁各個(gè)方向上的壓強(qiáng)相等，A錯(cuò)；氣體的溫度升高，氣體分子的平均速率增大，并非所有分子的速率都增大，B錯(cuò)；一定質(zhì)量的氣體其體積不變，即分子密集程度一定，分子的平均動(dòng)能越大，氣體的壓強(qiáng)就越大，C正確；氣體的壓強(qiáng)大小取決于分子密集程度及分子的平均動(dòng)能，氣體的分子數(shù)目多，壓強(qiáng)不一定就大，D錯(cuò)，E對(duì)【答案】ABD3我國(guó)“蛟龍?zhí)柹詈Ｌ綔y(cè)船載人下潛超

7、過7 000 m，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍?zhí)柼綔y(cè)到990 m深處的海水溫度為280 K某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化如圖422所示，導(dǎo)熱良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0300 K，壓強(qiáng)p01 atm，封閉氣體的體積V03 m3.假如將該氣缸下潛至990 m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體求990 m深處封閉氣體的體積1 atm相當(dāng)于10 m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng). 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：30110043】圖422【解析】當(dāng)氣缸下潛至990 m時(shí)，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p100 atm根據(jù)理想氣體狀

8、態(tài)方程得代入數(shù)據(jù)得V2.8102 m3.【答案】2.8102 m3用微觀理論斷定壓強(qiáng)變化的方法1根據(jù)條件斷定分子的密度是否發(fā)生變化2根據(jù)條件斷定分子的平均動(dòng)能是否發(fā)生變化3比較斷定每秒內(nèi)單位面積上分子作用于容器壁的力是否發(fā)生變化4明確常用說法溫度的微觀常用說法是分子的平均動(dòng)能、分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度、分子運(yùn)動(dòng)的平均速率等；體積的微觀常用說法是分子密度、分子之間的間隔 通過各個(gè)微觀量來反映氣體的實(shí)驗(yàn)定律對(duì) 氣 體 實(shí) 驗(yàn) 定 律 的 微 觀 解 釋1玻意耳定律一定質(zhì)量的理想氣體，溫度保持不變時(shí)，分子的平均動(dòng)能是一定的在這種情況下，體積減小時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，氣體的壓強(qiáng)增大2查理定律一定質(zhì)量

9、的理想氣體，體積保持不變時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)保持不變?cè)谶@種情況下，溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，氣體的壓強(qiáng)也增大3蓋呂薩克定律一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大只有氣體的體積同時(shí)增大，使單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，才可能保持壓強(qiáng)不變1溫度升高時(shí)，分子平均動(dòng)能增大2單位體積內(nèi)分子數(shù)增多，氣體壓強(qiáng)一定增大3理想氣體溫度升高時(shí)，其壓強(qiáng)一定增大把小皮球拿到火爐上面烘烤一下，它就會(huì)變得更硬一些假設(shè)忽略球的體積的變化你有這種體驗(yàn)嗎？你怎樣解釋這種現(xiàn)象？【提示】小皮球內(nèi)單位體積的氣體分子數(shù)沒發(fā)生變化，把小皮球拿到火上烘烤，意味著球內(nèi)氣體分子的平均動(dòng)能變大，故氣體的壓強(qiáng)增大，球變得比原來硬一些

10、討論1：一定質(zhì)量的氣體發(fā)生狀態(tài)變化時(shí)，從微觀上看，哪些物理量發(fā)生了變化？【提示】從微觀上看，氣體狀態(tài)的變化主要由分子的密集程度和分子平均動(dòng)能的變化來表達(dá)討論2：嘗試從微觀角度解釋玻意耳定律【提示】一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時(shí)，分子的平均動(dòng)能是一定的在這種情況下，體積減小時(shí)，分子的密集程度增大，氣體的壓強(qiáng)就增大；體積增大時(shí)，分子的密集程度減小，氣體的壓強(qiáng)就減小這就是玻意耳定律的微觀解釋1玻意耳定律1宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大；體積增大，壓強(qiáng)減小2微觀解釋：一定質(zhì)量m的理想氣體，其分子總數(shù)N是一個(gè)定值，當(dāng)溫度T保持不變時(shí)，那么分子的平均速率v也保持不變

11、當(dāng)其體積V增大為原來的幾倍時(shí)，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)n變?yōu)樵瓉淼膸追种?，因此氣體的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼膸追种?；反之，假設(shè)體積減小為原來的幾分之一，那么壓強(qiáng)增大為原來的幾倍，即壓強(qiáng)與體積成反比這就是玻意耳定律2查理定律1宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變時(shí)，溫度升高，壓強(qiáng)增大；溫度降低，壓強(qiáng)減小2微觀解釋：一定質(zhì)量m的氣體的總分子數(shù)N是一定的，體積V保持不變時(shí)其單位體積內(nèi)的分子數(shù)n也保持不變當(dāng)溫度T升高時(shí)，其分子運(yùn)動(dòng)的平均速率v增大，那么氣體壓強(qiáng)p增大；反之，當(dāng)溫度T降低時(shí)，氣體壓強(qiáng)p減小3蓋呂薩克定律1宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高，體積增大；溫度降低，體積減小2微觀解釋

12、：一定質(zhì)量m的理想氣體的總分子數(shù)N是一定的，要保持壓強(qiáng)p不變，當(dāng)溫度T升高時(shí)，全體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率v會(huì)增大，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)n一定要減小否那么壓強(qiáng)不可能不變，因此氣體體積V一定增大；反之當(dāng)溫度降低時(shí)，同理可推出氣體體積一定減小4對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，以下說法正確的選項(xiàng)是A體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大B溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體的密集程度一定減小C壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體的密集程度一定減小D溫度升高，壓強(qiáng)和體積都可能不變E壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體的密集程度增大【解析】根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，

13、A正確；溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體體積增大，氣體的密集程度減小，B正確；壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，體積減小，氣體的密集程度增大，C錯(cuò)，E對(duì)；溫度升高，壓強(qiáng)、體積中至少有一個(gè)發(fā)生改變，D錯(cuò)【答案】ABE5.如圖423所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A沿平行于縱軸的直線變化到狀態(tài)B，那么它的狀態(tài)變化過程是 【導(dǎo)學(xué)號(hào)：30110044】圖423A氣體的溫度升高B氣體的內(nèi)能增加 C氣體分子的平均速率減小 D氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積上碰撞的次數(shù)不變E氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積上碰撞的次數(shù)增加【解析】從pV圖象中的AB圖線看，氣體狀態(tài)由A變到B為等容升壓，根據(jù)查理定律，壓強(qiáng)跟熱力學(xué)溫度成正比，