1、第2节气体实验定律的微观解释学 习 目 标知 识 脉 络1.知道理想气体的特点(重点)2.知道气体压强产生的原因和决定压强的因素(重点)3.会用分子动理论和统计观点解释气体实验定律(难点)理 想 气 体1定义：严格遵从3个实验定律的气体2理想气体的压强(1)从分子动理论和统计观点看，理想气体的压强是大量气体分子不断碰撞容器壁的结果，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)微观上，理想气体压强与单位体积的分子数和分子的平均动能有关(3)宏观上，一定质量的理想气体压强与体积和温度有关3理想气体的内能(1)由于理想气体分子除了碰撞外，分子间没有相互作用力，因此理想气体不存在分
2、子势能，其内能只是所有分子热运动动能的总和(2)微观上，一定质量的理想气体的内能仅跟分子的平均动能有关(3)宏观上，一定质量的理想气体的内能仅跟温度有关，而与体积无关1理想气体分子间没有作用力，故不存在分子势能()2理想气体温度升高时其内能不一定增大()3密闭容器内气体的压强是由于气体分子碰撞容器壁产生的()把一只充足气的氢气球由温度低的地方拿到温度高的地方时容易爆裂，这是为什么呢？图421【提示】气体温度升高，气体分子平均动能增大，气体分子对氢气球的撞击力增大，压强增大探讨1：为了使气体在任何温度、压强下都遵从实验定律，引入了理想气体的概念，试分析实际气体在什么条件下可以当成理想气体【提示】
3、实际气体在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，可以当成理想气体来处理探讨2：理想气体存在吗？【提示】理想气体是一个“理想模型”，实际并不存在1理想气体(1)理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象(2)宏观上：理想气体是严格遵从气体实验定律的气体(3)微观上：理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子可视为质点(4)从能量上看，理想气体的微观本质是忽略了分子力，所以其状态无论怎么变化都没有分子力做功，即没有分子势能的变化，于是理想气体的内能只有分子动能，即一定质量的理想气体的内能完全由温度决定，而与气体的体积无关2决定气体压强的因素(1)产生原因：大量做
4、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，气体的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力(2)决定气体压强大小的因素宏观因素：决定气体压强的宏观因素有气体的温度和体积若温度不变，p；若体积不变，pT.若温度和体积同时都发生变化，可根据气体状态方程确定气体的压强微观因素：由于气体的压强是大量气体分子与器壁发生频繁的碰撞而产生的，所以气体压强的大小是由气体分子单位时间内在单位面积上与器壁碰撞的次数及每次碰撞时对器壁的作用力的大小共同决定的因此气体的压强在微观上由气体分子的密度和气体分子的平均动能共同决定3理想气体状态方程与气体实验定律的关系1对一定质量的理想气体，下列状
5、态变化中可能的是()A使气体体积增加而同时温度降低B使气体温度升高，体积不变，压强减小C使气体温度不变，而压强、体积同时增大D使气体温度降低，压强减小，体积减小E使气体体积不变，温度升高，压强增大【解析】对于理想气体，满足公式C.若体积增加而温度降低，只要压强也变小，公式就成立，A选项是可能的；若温度升高，体积不变，压强应是变大的，B选项是不可能的；若温度不变，压强与体积成反比，不可能同时增大，C选项不可能；温度降低，压强减小，体积可能减小，可能变大，D选项可能；等容变化时，温度升高，压强增大，E是可能的【答案】ADE2关于气体的说法中，错误的是()A由于气体分子运动的无规则性，所以密闭容器的
6、器壁在各个方向上的压强可能会不相等B气体的温度升高时，所有的气体分子的速率都增大C一定质量的气体其体积不变，气体分子的平均动能越大，气体的压强就越大D气体的分子数越多，气体的压强就越大E分子数密度越大，平均动能越大，则气体的压强越大【解析】由于气体分子运动的无规则性，遵循统计规律，气体分子向各个方向运动的数目相等，器壁各个方向上的压强相等，A错；气体的温度升高，气体分子的平均速率增大，并非所有分子的速率都增大，B错；一定质量的气体其体积不变，即分子密集程度一定，分子的平均动能越大，气体的压强就越大，C正确；气体的压强大小取决于分子密集程度及分子的平均动能，气体的分子数目多，压强不一定就大，D错
7、，E对【答案】ABD3我国“蛟龙”号深海探测船载人下潜超过7 000 m，再创载人深潜新纪录在某次深潜实验中，“蛟龙”号探测到990 m深处的海水温度为280 K某同学利用该数据来研究气体状态随海水深度的变化如图422所示，导热良好的气缸内封闭一定质量的气体，不计活塞的质量和摩擦，气缸所处海平面的温度T0300 K，压强p01 atm，封闭气体的体积V03 m3.如果将该气缸下潜至990 m深处，此过程中封闭气体可视为理想气体求990 m深处封闭气体的体积(1 atm相当于10 m深的海水产生的压强). 【导学号：30110043】图422【解析】当气缸下潜至990 m时，设封闭气体的压强为p
8、，温度为T，体积为V，由题意可知p100 atm根据理想气体状态方程得代入数据得V2.8102 m3.【答案】2.8102 m3用微观理论判定压强变化的方法(1)根据条件判定分子的密度是否发生变化(2)根据条件判定分子的平均动能是否发生变化(3)比较判定每秒内单位面积上分子作用于容器壁的力是否发生变化(4)明确常用说法温度的微观常用说法是分子的平均动能、分子热运动的剧烈程度、分子运动的平均速率等；体积的微观常用说法是分子密度、分子之间的距离通过各个微观量来反映气体的实验定律对 气 体 实 验 定 律 的 微 观 解 释1玻意耳定律一定质量的理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的在这种
9、情况下，体积减小时，单位体积内的分子数增多，气体的压强增大2查理定律一定质量的理想气体，体积保持不变时，单位体积内的分子数保持不变在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强也增大3盖吕萨克定律一定质量的理想气体，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，使单位体积内的分子数减少，才可能保持压强不变1温度升高时，分子平均动能增大()2单位体积内分子数增多，气体压强一定增大()3理想气体温度升高时，其压强一定增大()把小皮球拿到火炉上面烘烤一下，它就会变得更硬一些(假设忽略球的体积的变化)你有这种体验吗？你怎样解释这种现象？【提示】小皮球内单位体积的气体分子数没发生变化，
10、把小皮球拿到火上烘烤，意味着球内气体分子的平均动能变大，故气体的压强增大，球变得比原来硬一些探讨1：一定质量的气体发生状态变化时，从微观上看，哪些物理量发生了变化？【提示】从微观上看，气体状态的变化主要由分子的密集程度和分子平均动能的变化来体现探讨2：尝试从微观角度解释玻意耳定律【提示】一定质量的某种理想气体，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；体积增大时，分子的密集程度减小，气体的压强就减小这就是玻意耳定律的微观解释1玻意耳定律(1)宏观表现：一定质量的气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小(2)微观解
11、释：一定质量(m)的理想气体，其分子总数(N)是一个定值，当温度(T)保持不变时，则分子的平均速率(v)也保持不变当其体积(V)增大为原来的几倍时，则单位体积内的分子数(n)变为原来的几分之一，因此气体的压强变为原来的几分之一；反之，若体积减小为原来的几分之一，则压强增大为原来的几倍，即压强与体积成反比这就是玻意耳定律2查理定律(1)宏观表现：一定质量的气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小(2)微观解释：一定质量(m)的气体的总分子数(N)是一定的，体积(V)保持不变时其单位体积内的分子数(n)也保持不变当温度(T)升高时，其分子运动的平均速率(v)增大，则气体压强(
12、p)增大；反之，当温度(T)降低时，气体压强(p)减小3盖吕萨克定律(1)宏观表现：一定质量的气体，在压强不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小(2)微观解释：一定质量(m)的理想气体的总分子数(N)是一定的，要保持压强(p)不变，当温度(T)升高时，全体分子运动的平均速率v会增大，那么单位体积内的分子数(n)一定要减小(否则压强不可能不变)，因此气体体积(V)一定增大；反之当温度降低时，同理可推出气体体积一定减小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，气体的密集程度一定减小C压强不变，温度降低时，气体的密集
13、程度一定减小D温度升高，压强和体积都可能不变E压强不变，温度降低时，气体的密集程度增大【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，气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密集程度减小，B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密集程度增大，C错，E对；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错【答案】ABE5.如图423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() 【导学号：30110044】图423A气体的温度升高B气体的内能增加 C气体分子的平均速率减小 D气体分子在
14、单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变E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【解析】从pV图象中的AB图线看，气体状态由A变到B为等容升压，根据查理定律，压强跟热力学温度成正比，应该是压强增大、温度升高，内能增加，选项A、B正确；气体的温度升高时，分子平均速率增大，故选项C错；气体压强增大，温度升高，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错，E对【答案】ABE对气体实验定律解释时，要注意是对一定质量的理想气体气体的体积决定单位体积内气体的分子数，温度决定气体分子的平均动能压强由分子的平均动能和单位体积内的气体分子数共同决定，即在宏观上压强由温度和体积决定
15、学业分层测评(九)(建议用时：45分钟)学业达标1关于理想气体，下列说法正确的是()A当把实际气体抽象成理想气体后，它们便不再遵守气体实验定律B温度极低，压强太大的气体不能当作理想气体，也不遵守实验定律C理想气体分子间的平均距离约为1010 m，故分子力为零D理想气体分子间既没引力，也无斥力，分子力为零E理想气体是对实际气体抽象后形成的理想模型【解析】理想气体遵守气体实验定律，A错；实际气体在温度极低和压强太大时，不能很好地遵守气体实验定律，B对；理想气体分子间的平均距离超过109 m，分子间的斥力和引力都可忽略不计，而在平均距离为1010 m时，分子间的斥力和引力是不能忽略的，C错，D对；由
16、题意知，E项正确【答案】BDE2一定质量的理想气体，在状态变化后密度增大为原来的4倍，气体的压强和热力学温度与原来相比可能是()A压强是原来的4倍，温度是原来的2倍B压强和温度都为原来的2倍C压强是原来的8倍，温度是原来的2倍D压强不变，温度是原来的E温度不变，压强变为原来的4倍【解析】密度增大为原来的4倍，则体积变为原来的，根据C知，A、B错误，C、D、E正确【答案】CDE3对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是() 【导学号：30110045】A压强变大时，分子热运动必然变得剧烈B保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈C压强变大时，分子间的平均距离必然变小D压强变小时，分子间的平均距离可能
17、变小E压强变大时，分子间的平均距离可能变大【解析】根据理想气体的状态方程C，当压强变大时，气体的温度不一定变大，分子热运动也不一定变得剧烈，选项A错误；当压强不变时，气体的温度可能变大，分子热运动也可能变得剧烈，选项B正确；当压强变大时，气体的体积不一定变小，分子间的平均距离也不一定变小，选项C错误，E正确；当压强变小时，气体的体积可能变小，分子间的平均距离也可能变小，选项D正确【答案】BDE4关于气体的压强，下列说法中正确的是()A气体的压强是由气体分子间的相互排斥产生的B气体的压强是由于气体的重力产生的C气体的压强是由于气体分子频繁地撞击器壁产生的D气体分子的平均动能增大，气体的压强不一定
18、增大E当某一容器自由下落时，容器中的气体压强不变【解析】气体压强产生的原因是分子运动不断撞击容器壁产生压力并且气体分子间的距离大于10r0，分子间的作用力可忽略，故A、B错误，C正确；压强与分子热运动速度以及撞击频率有关，如果气体分子的平均速率增大，但体积变大，撞击频率可能会很小，所以气体的压强不一定增大，故D正确；当某一容器自由下落时，虽然处于失重状态，但分子热运动不会停止，所以分子仍然不断撞击容器壁产生压力，故压强不为零，故E正确【答案】CDE5封闭在容积不变的容器中的气体，当温度升高时，则气体的()A分子的平均速率增大B气体对器壁的压强变大C分子的平均速率减小D气体对器壁的压强变小E气体
19、对器壁的压强变大【解析】单位体积内的分子数不变，当温度升高时，分子的平均动能增大，气体对器壁的压强变大，A、B、E选项正确【答案】ABE6有关气体压强，下列说法正确的是()A气体分子的平均速率增大，则气体的压强不一定增大B气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大C气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大D气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小E气体分子的密集程度增大，则气体压强不一定增大【解析】气体的压强与两个因素有关，一是气体分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，或者说，一是温度，二是体积密集程度或平均动能增大，都只强调问题的一方面，也就是说，平均动能增大的同时，气体的体积可
20、能也增大，使得分子密集程度减小，所以压强可能增大，也可能减小，还有可能不变同理，当分子的密集程度增大时，分子平均动能也可能减小，压强的变化不能确定故A、D、E正确【答案】ADE7一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气体分子的平均动能不变C单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多D气体分子数增加E气体的分子数密度增大【解析】一定质量的气体等温压缩，分子的平均动能不变，气体分子的总数不变，故A、D错，B对；气体压强增大是因为气体分子数的密度增大，使单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多，故C、E正确【答案】B
21、CE8一定质量的某种理想气体，当体积减小为原来的一半，其热力学温度变为原来的两倍时，它的压强变为原来的多少？试从压强和温度的微观意义进行解释【解析】由理想气体状态方程C得，压强变为原来的四倍， 从微观角度看，气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能，一个是气体分子的密集程度，当体积减小为原来的一半时，气体分子的密集程度变为原来的两倍，气体的压强相应地也变为原来的两倍，同时还要从另外一个因素考虑，即增加气体分子的平均动能，而气体分子的平均动能是由温度来决定的，所以气体的热力学温度也变为原来的两倍，压强便在这两个因素(体积减小分子密度程度增大，温度升高分子的平均动能增大)的共同作用下
22、变为原来的四倍【答案】四倍见解析能力提升9一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度降低，压强减小的原因是 () 【导学号：30110046】A温度降低后，气体分子的平均速率变小B温度降低后，气体分子的平均动能变小C温度降低后，分子撞击器壁的平均作用力减小D温度降低后，单位体积内的分子数变少，撞击到单位面积器壁上的分子数减少E温度降低后，单位时间内气体分子对器壁的撞击次数增多了【解析】体积不变，分子密度不变，温度降低，分子平均速率变小，单位时间内单位器壁面积上所受的分子平均撞击次数减少，撞击力减小，气体压强减小，因此，A、B、C正确，D错误；温度降低，单位时间内气体分子对单位面积的撞击次数减少了
23、，E错误【答案】ABC10甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体已知甲、乙两容器中气体的压强分别为p甲、p乙，且p甲p乙，则()A甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度B甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度C甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体分子的平均动能D甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体分子的平均动能E甲、乙两容器中的气体分子密集程度相同【解析】质量相等的同种气体装在相同容器中，说明两种气体的体积相同，则两种气体分子的密集程度相同，E正确由于p甲p乙，一定是乙容器中气体分子热运动比甲容器中气体分子热运动剧烈，则乙容器中气体的温度高于甲容器中气体的温度，所以
24、B正确，A错误；由于乙容器中气体的温度高于甲容器中气体的温度，则乙容器中气体分子的平均动能大于甲容器中气体分子的平均动能，所以C正确，D错误【答案】BCE11如图424所示，一定质量的某种气体的等压线，等压线上的a、b两个状态比较，下列说法错误的是() 【导学号：30110047】图424A在相同时间内撞在单位面积上的分子数b状态较多B在相同时间内撞在单位面积上的分子数a状态较多C在相同时间内撞在相同面积上的分子数两状态一样多D单位体积的分子数两状态一样多E单位体积的分子数a状态多【解析】ab连线是等压线，意味着papb.由于气体的压强由单位体积内的分子数和分子的平均动能的大小决定，TbTa，
25、则状态b时气体分子的平均动能大，则只有此状态下相同时间内撞在单位面积上的分子数少，才能保证两状态时压强相等，故B正确；总分子数一定，a状态体积小，故单位体积内的分子数a状态多，E正确；因选错误的选项，故选A、C、D.【答案】ACD12(2016呼伦贝尔检测)如图425所示，在一端封闭的U形管中用水银柱封一段空气柱L，当空气柱的温度为7 时，左臂水银柱的长度h110 cm，右臂水银柱长度h27 cm，气柱长度L15 cm；将U形管放入91 水中且状态稳定时，左臂水银柱的长度变为h17 cm.求当时的大气压强(单位用cmHg)图425【解析】设大气压强为P0，对封闭空气柱初状态压强P1P0h2h1
26、，体积V1LS，温度T1280 K末状态压强P2P0h2h1，体积V2(Lh1h1)S, 温度T2364 K，h2h1h2h1由状态方程：解得P075 cmHg.【答案】75 cmHg13喷雾器内有10 L水，上部封闭有1 atm的空气2 L关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1 atm的空气3 L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)如图426所示当水面上方气体温度与外界温度相等时，求气体压强，并从微观上解释气体压强变化的原因图426【解析】选取喷雾器内原有的药液上方的空气和即将打入的空气一起作为研究对象将变质量问题转化为一定质量的问题设气体初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1p2V2代入数据得p22.5 atm微观解释：温度不变，分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加【答案】见解析