2024-2025學年高中物理第八章氣體第4節(jié)氣體熱現(xiàn)象的微觀意義練習含解析新人教版選修3-3

PAGE10-第4節(jié)氣體熱現(xiàn)象的微觀意義1．初步了解什么是“隨機事務”和“統(tǒng)計規(guī)律”。2．知道氣體分子運動的特點。3．理解氣體溫度的微觀意義，知道氣體分子速率的統(tǒng)計分布規(guī)律。4．理解氣體壓強的微觀意義，知道氣體壓強大小的確定因素。5．理解分子動理論對三個氣體試驗定律的微觀說明。一、隨機性與統(tǒng)計規(guī)律1．隨機性(1)必定事務：若在肯定條件下，某事務必定出現(xiàn)，這個事務叫做必定事務。(2)不行能事務：若在肯定條件下某事務不行能出現(xiàn)，這個事務叫做不行能事務。(3)隨機事務：若在肯定條件下某事務可能出現(xiàn)，也可能不出現(xiàn)，這個事務叫做隨機事務。2．統(tǒng)計規(guī)律大量隨機事務的整體表現(xiàn)出肯定的規(guī)律性，這種規(guī)律就是統(tǒng)計規(guī)律。熱現(xiàn)象與大量分子熱運動的統(tǒng)計規(guī)律有關。二、氣體分子運動的特點1．運動的自由性：氣體分子之間的距離大約是分子直徑的eq\o(□,\s\up4(01))10倍左右，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，在空間內(nèi)可eq\o(□,\s\up4(02))自由移動。2．運動的無序性：分子的運動eq\o(□,\s\up4(03))永不停息，雜亂無章，在某一時刻，向著任何方向運動的分子都有，而且向各個方向運動的氣體eq\o(□,\s\up4(04))分子數(shù)目都相等。3．運動的高速性：常溫下，大多數(shù)氣體分子的速率都達到數(shù)百米每秒，在數(shù)量級上相當于子彈的速率。三、氣體溫度的微觀意義1．溫度eq\o(□,\s\up4(01))越高，分子的熱運動越激烈。2．志向氣體的熱力學溫度T與分子的平均動能eq\x\to(E)k成eq\o(□,\s\up4(02))正比，即：eq\o(□,\s\up4(03))T＝aeq\x\to(E)k(式中a是比例常數(shù))，因此可以說，溫度是分子eq\o(□,\s\up4(04))平均動能的標記。四、氣體壓強的微觀意義1．氣體壓強的形成緣由氣體作用在器壁上的壓力是由碰撞產(chǎn)生的，一個氣體分子和器壁的碰撞時間是極其短暫的，它施于器壁的作用力是不連續(xù)的，但大量分子頻繁地碰撞器壁，從宏觀上看，可以認為氣體對器壁的作用力是持續(xù)的、勻稱的。2．氣體壓強的確定因素(1)分子的平均動能與密集程度從微觀角度來看，氣體分子的質(zhì)量越大，速度越大，即分子的eq\o(□,\s\up4(01))平均動能越大，每個氣體分子撞一次器壁的作用力eq\o(□,\s\up4(02))越大，而單位時間內(nèi)氣體分子撞擊器壁的次數(shù)eq\o(□,\s\up4(03))越多，對器壁的總壓力也越大，而這一次數(shù)又取決于單位體積內(nèi)的分子數(shù)(分子的密集程度)和平均動能(分子在容器中來回運動著，其平均動能越大，分子eq\o(□,\s\up4(04))平均速率也越大，連續(xù)兩次碰撞某器壁的時間間隔eq\o(□,\s\up4(05))越短，即單位時間內(nèi)撞擊次數(shù)越多)。可見，從微觀角度看，氣體的壓強確定于氣體分子的平均動能和分子的密集程度。(2)氣體的溫度和體積從宏觀角度看，肯定質(zhì)量的氣體的壓強跟氣體的eq\o(□,\s\up4(06))體積和eq\o(□,\s\up4(07))溫度有關。對于肯定質(zhì)量的氣體，體積的大小確定分子的eq\o(□,\s\up4(08))密集程度，而溫度的凹凸是分子eq\o(□,\s\up4(09))平均動能大小的標記。五、對氣體試驗定律的微觀說明1．玻意耳定律：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是eq\o(□,\s\up4(01))肯定的。在這種狀況下，體積減小時，分子的平均密集程度eq\o(□,\s\up4(02))增大，氣體的壓強就eq\o(□,\s\up4(03))增大。2．查理定律：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，體積保持不變時，分子的密集程度eq\o(□,\s\up4(04))保持不變。在這種狀況下，溫度上升時，分子的平均動能eq\o(□,\s\up4(05))增大，氣體的壓強就eq\o(□,\s\up4(06))增大。3．蓋—呂薩克定律：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，溫度上升時，分子的平均動能eq\o(□,\s\up4(07))增大。只有氣體的體積同時增大，使分子的密集程度eq\o(□,\s\up4(08))減小，才能保持壓強不變。判一判(1)分子沿各個方向運動的機會相等。()(2)氣體的溫度上升時，全部氣體分子的速率都增大。()(3)氣體的溫度越高，壓強就肯定越大。()提示：(1)√(2)×(3)×課堂任務氣體分子運動的特點及氣體溫度的微觀意義1．統(tǒng)計規(guī)律：由于物體是由數(shù)量極多的分子組成的，這些分子并沒有統(tǒng)一的運動步調(diào)。單獨看來，各個分子的運動都是不規(guī)則的，帶有偶然性，但從總體來看，大量分子的運動卻有肯定的規(guī)律，這種規(guī)律叫統(tǒng)計規(guī)律。2．氣體分子沿各個方向運動的機會(幾率)相等。3．大量氣體分子的速率分布呈現(xiàn)中間多(占有分子數(shù)目多)、兩頭少(速率大或小的分子數(shù)目少)的規(guī)律。當溫度上升時，“中間多”的這一“高峰”向速率大的方向移動，分子的平均速率增大，分子的熱運動變激烈，因此說，溫度是分子平均動能的標記。但詳細到某一個氣體分子，速率可能變大也可能變小，無法確定。例1在肯定溫度下，某種志向氣體的分子速率分布應當是()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)的分布是勻稱的D．每個氣體分子速率一般不相等，速率很大和速率很小的分子數(shù)目很多[規(guī)范解答]物體里大量分子做無規(guī)則運動，速率大小各不相同，但分子的速率遵循肯定的分布規(guī)律。氣體的大多數(shù)分子速率在某個數(shù)值旁邊，離這個數(shù)值越近，分子數(shù)目越多，離這個數(shù)值越遠，分子數(shù)目越少，呈現(xiàn)出“中間多、兩頭少”的分布規(guī)律。故正確答案為B。[完備答案]Beq\a\vs4\al([變式訓練1])某種氣體在不同溫度下的氣體分子速率分布曲線如圖所示，圖中f(v)表示v處單位速率區(qū)間內(nèi)的分子數(shù)百分率，所對應的溫度分別為TⅠ、TⅡ、TⅢ，則()A．TⅠ>TⅡ>TⅢ B．TⅢ>TⅡ>TⅠC．TⅡ>TⅠ，TⅡ>TⅢ D．TⅠ＝TⅡ＝TⅢ答案B解析溫度是氣體分子平均動能的標記。由圖象可以看出，大量分子的平均速率eq\x\to(v)Ⅲ>eq\x\to(v)Ⅱ>eq\x\to(v)Ⅰ，因為是同種氣體，則eq\x\to(E)kⅢ>eq\x\to(E)kⅡ>eq\x\to(E)kⅠ，TⅢ>TⅡ>TⅠ，所以B正確，A、C、D錯誤。課堂任務氣體壓強的微觀意義氣體的壓強與大氣壓強1．因密閉容器中的氣體密度一般很小，由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強微小，可忽視不計，故氣體壓強由氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生，大小由氣體的密度和溫度確定，與地球的引力無關，氣體對上下左右器壁的壓強都是大小相等的。2．大氣壓卻是由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強。大氣壓強最終還是通過分子碰撞實現(xiàn)對放入其中的物體產(chǎn)生壓強。宏觀因素和微觀因素要分清，不行交叉考慮，宏觀因素是溫度和體積，微觀因素是單位體積內(nèi)分子個數(shù)(分子密度)和平均動能(沖力)。例2對于肯定質(zhì)量的氣體，下列四個論述中正確的是()A．當分子熱運動變猛烈時，壓強必增大B．當分子熱運動變猛烈時，壓強可以不變C．當分子間平均距離變大時，壓強必變大D．當分子間平均距離變大時，壓強必變小[規(guī)范解答]影響氣體壓強的是分子的平均動能和氣體的分子數(shù)密度。分子熱運動變猛烈，表明氣體溫度上升，分子平均動能增大，但不知氣體的分子數(shù)密度怎么變更，故壓強的變更趨勢不明確，A錯誤，B正確；分子間平均距離變大，表明氣體的分子數(shù)密度變小，但因不知此時分子的平均動能怎么變，故氣體的壓強變更趨勢不明確，C、D錯誤。[完備答案]B氣體壓強的分析技巧(1)明確氣體壓強產(chǎn)生的緣由——大量做無規(guī)則運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞。壓強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)明確氣體壓強的確定因素——氣體分子的密集程度與平均動能。只有知道了這兩個因素的變更，才能確定壓強的變更，任何單個因素的變更都不能確定壓強的變更。eq\a\vs4\al([變式訓練2])肯定質(zhì)量的氣體，下列敘述中正確的是()A．假如體積減小，氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)肯定增大B．當溫度肯定時，假如壓強增大，氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)肯定增大C．假如溫度上升，氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)肯定增大D．假如分子數(shù)密度增大，氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)肯定增大答案B解析氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)，是由單位體積內(nèi)的分子數(shù)和分子的平均速率共同確定的，A和D都是單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，但分子的平均速率如何變更卻不知道；對C，由溫度上升可知分子的平均速率增大，但單位體積內(nèi)的分子數(shù)如何變更未知，所以A、C、D都不正確。當溫度肯定時，氣體分子的平均速率肯定，此時氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)正是氣體壓強的微觀表現(xiàn)，所以B正確。課堂任務對氣體試驗定律的微觀說明1．玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大，體積增大，壓強減小。(2)微觀說明：溫度不變，分子的平均動能不變。體積越小，分子越密集，單位時間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強就越大。2．查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，在體積保持不變時，溫度上升，壓強增大，溫度降低，壓強減小。(2)微觀說明：體積不變，則分子密度不變，溫度上升，分子平均動能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強增大。3．蓋—呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：肯定質(zhì)量的某種志向氣體，在壓強不變時，溫度上升，體積增大，溫度降低，體積減小。(2)微觀說明：溫度上升，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需影響壓強的另一個因素分子密度減小，所以氣體的體積增大。例3(多選)對于肯定質(zhì)量的志向氣體，下列論述中正確的是()A．若單位體積內(nèi)分子個數(shù)不變，當分子熱運動加劇時，壓強肯定變大B．若單位體積內(nèi)分子個數(shù)不變，當分子熱運動加劇時，壓強可能不變C．若氣體的壓強不變而溫度降低時，則單位體積內(nèi)分子個數(shù)肯定增加D．若氣體的壓強不變而溫度降低時，則單位體積內(nèi)分子個數(shù)可能不變[規(guī)范解答]若單位體積內(nèi)分子個數(shù)不變，說明體積不變，當分子熱運動加劇時，壓強肯定變大，A正確，B錯誤；若氣體的壓強不變而溫度降低時，體積減小，則單位體積內(nèi)分子個數(shù)肯定增加，C正確，D錯誤。[完備答案]AC正確理解確定三個狀態(tài)參量的微觀因素間的關系對肯定質(zhì)量的志向氣體來說，分子密度和分子平均動能兩個量中，只有一個變更時，都會導致壓強變更，因此描述氣體的三個狀態(tài)參量變更時，至少有兩個同時發(fā)生了變更。eq\a\vs4\al([變式訓練3])在肯定的溫度下，肯定質(zhì)量的氣體體積減小時，氣體的壓強增大，這是由于()A．單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時間內(nèi)分子對器壁碰撞的次數(shù)增多B．氣體分子的密度變大，分子對器壁的吸引力變大C．每個氣體分子對器壁的平均撞擊力變大D．氣體分子數(shù)密度增大，單位體積內(nèi)分子重量變大答案A解析氣體壓強的微觀表現(xiàn)是氣體分子在單位時間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)與每個氣體分子對器壁的平均撞擊力的積，是由分子的平均動能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)共同確定。溫度肯定說明氣體分子的平均動能不變，氣體體積減小時，單位體積內(nèi)分子數(shù)增多，故單位時間內(nèi)分子對器壁碰撞的次數(shù)增多，氣體的壓強增大。故A正確。A組：合格性水平訓練1．(氣體分子速率的分布規(guī)律)1859年麥克斯韋從理論上推導出了氣體分子速率的分布規(guī)律，后來有很多試驗驗證了這一規(guī)律。若以橫坐標v表示分子速率，縱坐標f(v)表示各速率區(qū)間的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比。下面四幅圖中能正確表示某一溫度下氣體分子速率分布規(guī)律的是()答案D解析分子的速率分布遵循“中間多兩頭少”的統(tǒng)計規(guī)律，即分子平均速率旁邊的分子最多，與平均速率差距越大的分子越少，故D正確。2．(氣體分子速率的分布規(guī)律)對肯定質(zhì)量的氣體，通過肯定的方法得到了某一速率的分子數(shù)目N與速率v的兩條關系圖線，如圖所示，下列說法正確的是()A．曲線Ⅰ對應的溫度T1高于曲線Ⅱ?qū)臏囟萒2B．曲線Ⅰ對應的溫度T1可能等于曲線Ⅱ?qū)臏囟萒2C．曲線Ⅰ對應的溫度T1低于曲線Ⅱ?qū)臏囟萒2D．無法推斷兩曲線對應的溫度關系答案C解析溫度越高，分子的平均速率越大，從題圖中可以看出Ⅱ的平均速率大，故Ⅱ的溫度高，C正確。3．(氣體壓強的微觀意義)密閉容器中氣體的壓強是()A．由于氣體的重力產(chǎn)生的B．由于分子間的相互作用力產(chǎn)生的C．大量氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的D．在失重的狀況下，密閉容器內(nèi)的氣體對器壁沒有壓強答案C解析密閉容器中的氣體由于自身重力產(chǎn)生的壓強很小，可忽視不計。其壓強是由氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的，大小由氣體的溫度和分子數(shù)密度確定，A、B錯誤，C正確；失重時，氣體分子仍具有分子動能，對密閉容器的器壁仍舊有壓強的作用，D錯誤。4．(綜合)(多選)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，但壓強卻低于y容器中氦氣的壓強。由此可知()A．x中氦氣分子的平均動能肯定大于y中氦氣分子的平均動能B．x中每個氦氣分子的動能肯定都大于y中每個氦氣分子的動能C．x中動能大的氦氣分子數(shù)肯定多于y中動能大的氦氣分子數(shù)D．x中氦氣分子的熱運動肯定比y中氦氣分子的熱運動激烈答案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肯定成立，故A正確，B錯誤；分子的動能也應遵從統(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)肯定多于溫度較低時動能大的分子數(shù)，C正確；溫度越高，分子的無規(guī)則熱運動越激烈，D正確。5．(氣體壓強的微觀意義)(多選)下列說法中正確的是()A．肯定質(zhì)量的氣體被壓縮時，氣體壓強不肯定增大B．肯定質(zhì)量的氣體溫度不變，壓強增大時，其體積必減小C．氣體壓強是由氣體分子間的斥力產(chǎn)生的D．肯定質(zhì)量的氣體，在壓強不變時，分子每秒對器壁單位面積平均碰撞次數(shù)隨著溫度降低而增加答案ABD解析肯定質(zhì)量的氣體壓強由溫度和體積共同確定，體積減小，溫度變更不明確，故氣體壓強變更不明確，A正確；溫度不變，壓強增大，則體積必減小，B正確；氣體的壓強是由氣體分子頻繁地撞擊器壁而產(chǎn)生的，C錯誤；溫度降低，分子的平均動能減小，但氣體體積變更不明確，所以壓強變更不明確，故D正確。6．(氣體壓強的微觀意義)如圖所示，肯定質(zhì)量的某種氣體的等壓線，等壓線上的a、b兩個狀態(tài)比較，下列說法正確的是()A．在相同時間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)b狀態(tài)較多B．在相同時間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)a狀態(tài)較多C．在相同時間內(nèi)撞在相同面積上的分子數(shù)兩狀態(tài)一樣多D．單位體積的分子數(shù)兩狀態(tài)一樣多答案B解析由題圖可知肯定質(zhì)量的氣體a、b兩個狀態(tài)，壓強相等，而a狀態(tài)溫度低，分子的平均動能小，平均每個分子對器壁的撞擊力小，而壓強不變，則相同時間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)a狀態(tài)肯定較多，故A、C錯誤，B正確；肯定質(zhì)量的氣體，分子總數(shù)不變，Vb>Va，單位體積的分子數(shù)a狀態(tài)多，故D錯誤。7．(對氣體試驗定律的微觀說明)(多選)汽缸內(nèi)封閉著肯定質(zhì)量的志向氣體，假如保持氣體體積不變，當溫度上升時()A．氣體的分子數(shù)密度增大B．氣體的壓強增大C．氣體分子的平均動能減小D．每秒鐘撞擊器壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多答案BD解析肯定質(zhì)量的志向氣體，體積不變，分子數(shù)密度肯定，當溫度上升時分子的平均動能變大，平均速率變大，每秒鐘撞擊器壁單位面積上的氣體分子數(shù)增多，沖力增大，因而氣體壓強肯定增大，故A、C錯誤，B、D正確。8．(綜合)(多選)對于肯定質(zhì)量的志向氣體，下列說法正確的是()A．溫度上升，氣體中每個分子的動能都增大B．在任一溫度下，氣體分子的速率分布呈現(xiàn)“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律C．從微觀角度看，氣體的壓強取決于氣體分子的平均動能和分子的密集程度D．溫度不變時，氣體的體積減小，壓強肯定增大E．氣體的壓強由分子數(shù)密度、分子平均動能、重力共同來確定答案BCD解析溫度上升時，分子平均動能增大，但每個分子的動能不肯定增大，A錯誤；氣體分子的速率分布規(guī)律是“中間多，兩頭少”，B正確；氣體的壓強由分子數(shù)密度和分子平均動能確定，與重力無關，C正確、E錯誤；溫度不變，體積減小時，由玻意耳定律可知，壓強肯定增大，D正確。B組：等級性水平訓練9．(綜合)用一導熱的可自由滑動的輕隔板把一圓柱形容器分隔成A、B兩部分，如圖所示。A和B中分別封閉有質(zhì)量相等的氮氣和氧氣，均可視為志向氣體，則可知兩部分氣體處于熱平衡時()A．內(nèi)能相等B．分子的平均動能相等C．分子的平均速率相等D．分子數(shù)相等答案B解析兩種志向氣體的溫度相同，所以分子的平均動能相同，而氣體種類不同，其分子質(zhì)量不同，所以分子的平均速率不同，故B正確，C錯誤。兩種氣體的質(zhì)量相同，而摩爾質(zhì)量不同，所以分子數(shù)不同，故D錯誤。兩種氣體的分子平均動能相同，但分子個數(shù)不同，故內(nèi)能也不相同，故A錯誤。10．(綜合)下列關于氣體的說法中，正確的是()A．由于氣體分子運動的無規(guī)則性，所以密閉容器的器壁在各個方向上的壓強可能會不相等B．氣體的溫度上升時，全部的氣體分子的速率都增大C．肯定質(zhì)量的氣體體積不變，氣體分子的平均動能越大，氣體的壓強就越大D．氣體的分子數(shù)越多，氣體的壓強就越大答案C解析氣體分子始終做無規(guī)則運動，但是由于在同一時刻，向各個方向運動的概率相同，故對器壁在各個方向上的壓強相等，A錯誤；溫度上升時，氣體分子的平均速率增大，但不是全部的氣體分子速率都增大，B錯誤；體積不變，分子的平均動能越大說明溫度越高，壓強越大，C正確；氣體壓強由氣體分子數(shù)密度和平均動能共同確定，D錯誤。11．(綜合)(多選)對肯定質(zhì)量的志向氣體，下列說法正確的是()A．體積不變，壓強增大時，氣體分子的平均動能肯定增大B．溫度不變，壓強減小時，氣體的密度肯定減小C．壓強不變，溫度降低時，氣體的密度肯定減小D．溫度上升，壓強和體積都可能不變答案AB解析依據(jù)氣體壓強、體積、溫度的關系可知，體積不變，壓強增大時，氣體的溫度上升，氣體分子的平均動能肯定增大，A正確；溫度不變，壓強減小時，氣體體積增大，氣體的密度減小，故B正確；壓強不變，溫度降低時，體積減小，氣體密度增大，故C錯誤；溫度上升，壓強、體積中至少有一個會發(fā)生變更，故D錯誤。12．(綜合)(多選)對于肯定質(zhì)量的志向氣體，下列說法中正確的是()A．溫度不變時，壓強增大n倍，單位體積內(nèi)的分子數(shù)肯定也增大n倍B