人教版高中物理選修3-3第八章氣體學(xué)案5

學(xué)案5氣體熱現(xiàn)象的微觀意義[目標(biāo)定位]1.理解氣體分子運(yùn)動的特點及氣體分子運(yùn)動速率的統(tǒng)計分布規(guī)律.2.能用氣體分子動理論解釋氣體壓強(qiáng)的微觀意義；知道氣體的壓強(qiáng)、溫度、體積與所對應(yīng)的微觀物理量間的相關(guān)聯(lián)系.3.能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律．一、氣體分子運(yùn)動的特點和氣體溫度的微觀意義[問題設(shè)計]1．把4枚硬幣投擲10次并記錄正面朝上的個數(shù)．比較個人、小組、大組、全班的數(shù)據(jù)，你能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律嗎？答案隨著投擲次數(shù)增多，2枚硬幣正面朝上的次數(shù)比例最多，占總數(shù)的eq\f(3,8)；1枚和3枚正面朝上的次數(shù)各占總數(shù)的eq\f(1,4)，全朝上或全朝下次數(shù)最少，各占總數(shù)的eq\f(1,16).說明大量隨機(jī)事件的整體會表現(xiàn)出一定的規(guī)律性．2．氣體分子間的作用力很小，若沒有分子力作用，氣體分子將處于怎樣的自由狀態(tài)？答案無碰撞時氣體分子將做直線運(yùn)動，但由于分子之間的頻繁碰撞，使得氣體分子的速度大小和方向頻繁改變，運(yùn)動變得雜亂無章．3．溫度不變時，每個分子的速率都相同嗎？溫度升高，所有分子運(yùn)動速率都增大嗎？答案分子在做無規(guī)則運(yùn)動，造成其速率有大有?。疁囟壬邥r，所有分子熱運(yùn)動的平均速率增大，即大部分分子的速率增大了，但也有少數(shù)分子的速率減?。甗要點提煉]1．統(tǒng)計規(guī)律在一定條件下可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)的事件叫隨機(jī)事件；大量隨機(jī)事件整體表現(xiàn)出的規(guī)律叫統(tǒng)計規(guī)律．2．氣體分子運(yùn)動的特點(1)氣體分子之間的距離很大，大約是分子直徑的10倍，因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，氣體分子不受力的作用，在空間自由移動．(2)分子的運(yùn)動雜亂無章，在某一時刻，向著任何一個方向運(yùn)動的分子都有，而且向各個方向運(yùn)動的氣體分子數(shù)目都相等．(3)每個氣體分子都在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動．(4)大量氣體分子的速率分布呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律．3．氣體溫度的微觀意義(1)溫度越高，分子的熱運(yùn)動越激烈．當(dāng)溫度升高時，“中間多”的這一“高峰”向速率大的方向移動，即速率大的分子數(shù)目增多，速率小的分子數(shù)目減少，分子的平均速率增大．(2)溫度是分子平均動能的標(biāo)志．理想氣體的熱力學(xué)溫度T與分子的平均動能eq\x\to(E)k成正比，即T＝aeq\x\to(E)k.二、氣體壓強(qiáng)的微觀意義[問題設(shè)計]如圖1所示，(1)把一顆豆粒拿到臺秤上方約10cm的位置，放手后使它落在秤盤上，觀察秤的指針的擺動情況．(2)再從相同高度把100?；蚋嗟亩沽＿B續(xù)地倒在秤盤上，觀察指針的擺動情況．(3)使這些豆粒從更高的位置落在秤盤上，觀察指針的擺動情況．用豆粒做氣體分子的模型，試說明氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原理．圖1答案說明氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生跟兩個因素有關(guān)：一個是氣體分子的平均動能，一個是分子的密集程度．[要點提煉]1．氣體壓強(qiáng)的大小等于氣體作用在器壁單位面積上的壓力．2．產(chǎn)生原因：是大量氣體分子對器壁的碰撞引起的．3．決定因素：(1)微觀上決定于分子的平均動能和分子的密集程度，(2)宏觀上決定于氣體的溫度T和體積V.三、對氣體實驗定律的微觀解釋[問題設(shè)計]如何從微觀角度來解釋氣體實驗定律？答案從決定氣體壓強(qiáng)的微觀因素上來解釋，即氣體分子的平均動能和氣體分子的密集程度．[要點提煉]1．玻意耳定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度不變，分子的平均動能不變．體積減小，分子的密集程度增大(填“增大”或“減小”)，單位時間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)就增多，氣體的壓強(qiáng)就增大(填“增大”或“減小”)．2．查理定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積不變，則分子的密集程度不變，溫度升高，分子的平均動能增大(填“增大”或“減小”)，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng)增大(填“增大”或“減小”)．3．蓋—呂薩克定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高，分子的平均動能增大(填“增大”或“減小”)，分子撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強(qiáng)不變，則需使影響壓強(qiáng)的另一個因素分子的密集程度減小，所以氣體的體積增大(填“增大”或“減小”)．一、氣體分子運(yùn)動的特點和氣體溫度的微觀意義例1在一定溫度下，某種理想氣體的分子速率分布應(yīng)該是()A．每個氣體分子速率都相等B．每個氣體分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子數(shù)目很少C．每個氣體分子速率一般都不相等，但在不同速率范圍內(nèi)，分子數(shù)目的分布是均勻的D．每個氣體分子速率一般都不相等，速率很大和速率很小的分子數(shù)目很多解析氣體分子做無規(guī)則運(yùn)動，速率大小各不相同，但分子的速率遵循一定的分布規(guī)律．氣體的大多數(shù)分子速率在某個數(shù)值附近，離這個數(shù)值越近，分子數(shù)目越多，離這個數(shù)值越遠(yuǎn)，分子數(shù)目越少，總體表現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律．答案B例2如圖2是氧氣分子在不同溫度(0℃和100℃)下的速率分布圖，由圖可得信息()圖2A．同一溫度下，氧氣分子呈現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律B．隨著溫度的升高，每一個氧氣分子的速率都增大C．隨著溫度的升高，氧氣分子中速率小的分子所占的比例增加D．隨著溫度的升高，氧氣分子的平均速率變小答案A解析溫度升高后，并不是每一個氧氣分子的速率都增大，而是氧氣分子的平均速率變大，并且速率小的分子所占的比例減小，則B、C、D錯誤；同一溫度下，氧氣分子呈現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律，A正確．二、氣體壓強(qiáng)的微觀意義和對氣體實驗定律的微觀解釋例3關(guān)于氣體的壓強(qiáng)，下列說法正確的是()A．氣體分子的平均速率增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大B．氣體分子的密集程度增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大C．氣體分子的平均動能增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大D．氣體分子的平均動能增大，氣體的壓強(qiáng)有可能減小解析氣體的壓強(qiáng)在微觀上與兩個因素有關(guān)：一是氣體分子的平均動能，二是氣體分子的密集程度，密集程度或平均動能增大，都只強(qiáng)調(diào)問題的一方面，也就是說，平均動能增大的同時，分子的密集程度可能減小，使得壓強(qiáng)可能減小；同理，當(dāng)分子的密集程度增大時，分子的平均動能也可能減小，氣體的壓強(qiáng)變化不能確定，故正確答案為D.答案D例4一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變的條件下，溫度升高，體積增大，從分子動理論的觀點來分析，正確的是()A．此過程中分子的平均速率不變，所以壓強(qiáng)保持不變B．此過程中每個氣體分子碰撞器壁的平均沖擊力不變，所以壓強(qiáng)保持不變C．此過程中單位時間內(nèi)氣體分子對單位面積器壁的碰撞次數(shù)不變，所以壓強(qiáng)保持不變D．以上說法都不對解析壓強(qiáng)與單位時間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)和每個分子的沖擊力有關(guān)，溫度升高，分子與器壁的平均沖擊力增大，單位時間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)應(yīng)減小，壓強(qiáng)才可能保持不變．答案D1．(氣體分子的運(yùn)動特點)下列對氣體分子運(yùn)動的描述正確的是()A．氣體分子的運(yùn)動是雜亂無章的沒有一定的規(guī)律B．氣體分子間除相互碰撞外，幾乎無相互作用C．大量氣體分子的運(yùn)動符合統(tǒng)計規(guī)律D．氣體之所以能充滿整個空間，是因為氣體分子間相互作用的引力和斥力十分微弱，氣體分子可以在空間自由運(yùn)動答案BCD解析氣體分子間距離很大，相互作用的引力和斥力很弱，能自由運(yùn)動；氣體分子的運(yùn)動是雜亂無章的，但大量氣體分子的運(yùn)動符合統(tǒng)計規(guī)律，故A錯，B、C、D正確．2．(氣體分子速率的分布規(guī)律)如圖3所示，橫坐標(biāo)v表示分子速率，縱坐標(biāo)f(v)表示各等間隔速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比．圖中曲線能正確表示某一溫度下氣體分子麥克斯韋速率分布規(guī)律的是()圖3A．曲線①B．曲線②C．曲線③D．曲線④答案D解析根據(jù)麥克斯韋氣體分子速率分布規(guī)律可知，某一速率范圍內(nèi)分子數(shù)量最大，速率過大或過小的數(shù)量較小，曲線向兩側(cè)逐漸減小，曲線④符合題意．選項D正確．3．(對氣體實驗定律的微觀解釋)對一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是()A．體積不變，壓強(qiáng)增大時，氣體分子的平均動能一定增大B．溫度不變，壓強(qiáng)減小時，氣體的密度一定減小C．壓強(qiáng)不變，溫度降低時，氣體的密度一定減小D．溫度升高，壓強(qiáng)和體積都可能不變答案AB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，溫度升高，氣體分子的平均動能一定增大，選項A正確；溫度不變，壓強(qiáng)減小時，氣體體積增大，氣體的密度減小．壓強(qiáng)不變，溫度降低時，體積減小，氣體密度增大．溫度升高，壓強(qiáng)、體積中至少有一個發(fā)生改變．綜上所述，正確答案為A、B.題組一對氣體分子運(yùn)動的特點和溫度的理解1．關(guān)于氣體分子的運(yùn)動情況，下列說法中正確的是()A．某一時刻具有任意速率的分子數(shù)目是相等的B．某一時刻一個分子速度的大小和方向是偶然的C．某一溫度下，大多數(shù)氣體分子的速率不會發(fā)生變化D．分子的速率分布毫無規(guī)律答案B解析具有某一速率的分子數(shù)目并不是相等的，呈“中間多、兩頭少”的統(tǒng)計規(guī)律分布，故A、D項錯誤．由于分子之間頻繁地碰撞，分子隨時都會改變自己的運(yùn)動情況，因此在某一時刻，一個分子速度的大小和方向完全是偶然的，故B項正確．某一溫度下，每個分子的速率仍然是隨時變化的，只是分子運(yùn)動的平均速率不變，故C項錯誤．故正確答案為B.2．密閉在鋼瓶中的理想氣體，溫度升高時壓強(qiáng)增大．從分子動理論的角度分析，這是由于分子熱運(yùn)動的________增大了．該氣體在溫度T1、T2時的分子速率分布圖象如圖1所示，則T1________(選填“大于”或“小于”)T2.圖1答案平均動能小于解析溫度升高時，氣體分子平均速率變大，平均動能增大，即速率較大的分子占總分子數(shù)的比例增大，所以T1<T2.題組二氣體壓強(qiáng)和氣體實驗定律的微觀解釋3．如圖2所示，兩個完全相同的圓柱形密閉容器，甲中恰好裝滿水，乙中充滿空氣，則下列說法中正確的是(容器容積恒定)()圖2A．兩容器中器壁的壓強(qiáng)都是由于分子撞擊器壁而產(chǎn)生的B．兩容器中器壁的壓強(qiáng)都是由所裝物質(zhì)的重力而產(chǎn)生的C．甲容器中pA>pB，乙容器中pC＝pDD．當(dāng)溫度升高時，pA、pB變大，pC、pD也要變大答案C解析甲容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是水受到重力的作用，而乙容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁，A、B錯；水的壓強(qiáng)p＝ρgh，hA>hB，可知pA>pB，而密閉容器中氣體壓強(qiáng)各處均相等，與位置無關(guān)，pC＝pD，C對；溫度升高時，pA、pB不變，而pC、pD變大，D錯．4．兩個相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種理想氣體，已知容器中氣體的壓強(qiáng)不相同，則下列判斷中正確的是()A．壓強(qiáng)小的容器中氣體的溫度比較高B．壓強(qiáng)大的容器中氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)比較少C．壓強(qiáng)小的容器中氣體分子的平均動能比較小D．壓強(qiáng)大的容器中氣體分子對器壁單位面積的平均作用力比較大答案CD解析相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種理想氣體，說明它們所含的分子總數(shù)相同，即分子密度相同，B錯；壓強(qiáng)不同，一定是因為兩容器氣體分子平均動能不同造成的，壓強(qiáng)小的容器中分子的平均動能一定較小，溫度較低，故A錯，C對；壓強(qiáng)大的容器中氣體分子對器壁單位面積的平均作用力比較大，故D正確．5．x、y兩容器中裝有相同質(zhì)量的氦氣，已知x容器中氦氣的溫度高于y容器中氦氣的溫度，但壓強(qiáng)卻低于y容器中氦氣的壓強(qiáng)．由此可知()A．x中氦氣分子的平均動能一定大于y中氦氣分子的平均動能B．x中每個氦氣分子的動能一定都大于y中每個氦氣分子的動能C．x中動能大的氦氣分子數(shù)一定多于y中動能大的氦氣分子數(shù)D．x中氦氣分子的熱運(yùn)動一定比y中氦氣分子的熱運(yùn)動劇烈答案ACD解析分子的平均動能取決于溫度，溫度越高，分子的平均動能越大，但對于任一個氦氣分子來說并不一定成立，故A項正確，B項錯誤；分子的動能也應(yīng)遵從統(tǒng)計規(guī)律，即“中間多、兩頭少”，溫度較高時，動能大的分子數(shù)一定多于溫度較低時動能大的分子數(shù)，C項正確；溫度越高，分子的無規(guī)則熱運(yùn)動越劇烈，D項正確．6．一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變的條件下，體積增大，則()A．氣體分子的平均動能增大B．氣體分子的平均動能減小C．氣體分子的平均動能不變D．條件不足，無法判定氣體分子平均動能的變化情況答案A解析一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變時，由蓋—呂薩克定律eq\f(V,T)＝C可知，體積增大，溫度升高，所以氣體分子的平均動能增大，故A正確．題組三綜合應(yīng)用7．封閉在氣缸內(nèi)一定質(zhì)量的氣體，如果保持氣體體積不變，當(dāng)溫度升高時，以下說法正確的是()A．氣體的密度增大B．氣體的壓強(qiáng)增大C．氣體分子的平均動能減小D．每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多答案BD解析由理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C(常量)可知，當(dāng)體積不變時，eq\f(p,T)＝常量，T升高，壓強(qiáng)增大，B對．由于質(zhì)量不變，體積不變，分子密度不變，而溫度升高，分子的平均動能增大，所以單位時間內(nèi)，氣體分子對容器單位面積器壁碰撞次數(shù)增多，D對，A、C錯．8．對于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法中正確的是()A．氣體的體積是所有氣體分子的體積之和B．氣體溫度越高，氣體分子的熱運(yùn)動就越劇烈C．氣體對器壁的壓強(qiáng)是由大量氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的D．當(dāng)氣體膨脹時，氣體分子之間的勢能減小，因而氣體的內(nèi)能減小答案BC解析氣體分子間有較大空隙，氣體分子的體積之和遠(yuǎn)小于氣體的體積，所以選項A錯誤．氣體溫度越高，分子平均動能越大，分子熱運(yùn)動越劇烈，則選項B正確．由壓強(qiáng)的定義可知：單位面積上的壓力叫壓強(qiáng)，器壁內(nèi)側(cè)受到的壓力就是氣體分子對器壁不斷碰撞而產(chǎn)生的，所以選項C正確．當(dāng)氣體膨脹時，氣體的溫度如何變化無法確定，故內(nèi)能如何變化也無法確定，所以選項D錯誤．9.圖3中的實線表示一定質(zhì)量的理想氣體狀態(tài)變化的p—T圖象，變化過程如圖中箭頭所示，則下列說法中正確的是()圖3A．a(chǎn)b過程中氣體內(nèi)能增加，密度不變B．bc過程中氣體內(nèi)能增加，密度也增大C．cd過程中，氣體分子的平均動能不變D．da過程中，氣體內(nèi)能增加，