1、4 气体热现象的微观意义 必备知识自主学习 一、随机性与统计规律【情境思考】问题1:小明摸到红球的概率是多少?问题2:小麦摸到红球的概率是多少?问题3:小米摸到红球的概率是多少?提示:1.50%2.0 3.100%1.必然事件:在一定条件下_出现的事件。2.不可能事件:在一定条件下_出现的事件。3.随机事件:在一定条件下可能出现,也_出现的事件。4.统计规律:大量_的整体表现出的规律。必然 不可能 可能不 随机事件 二、气体分子运动的特点 1.气体分子运动的三个特性:自由性 气体分子间距离比较大,分子间的作用力很弱,除相互 碰撞或者跟器壁碰撞外,可以认为分子不受力而做_ _运动,因而气体会充满
2、它能达到的整个空间 无序性 分子之间频繁地发生碰撞,使每个分子的速度大小和方 向频繁地改变,分子的运动_,在某一时刻,向 着任何一个方向运动的分子都有,而且向着各个方向运 动的气体分子数目都相等 规律性 气体分子的速率分布呈现出“中间多、_”的分 布规律。当气体温度升高时,分子的平均速率增大 匀 速直线 杂乱无章 两头少 2.气体温度的微观意义:(1)温度越高,分子的热运动_。(2)理想气体的热力学温度T与分子的平均动能 成正比,即T=a ,表明_是 分子平均动能的标志。越激烈 kEkE温度 三、气体压强的微观意义 1.微观意义：气体对容器的压强是大量气体分子对容器的_引起的。2.影响气体压强
3、的两个因素:(1)气体分子的_。(2)分子的_。碰撞 平均动能 密集程度 四、对气体实验定律的微观解释 玻意耳定律 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。在这种情况下,体积减小时,分子的 _增大,气体的压强就增大 查理定律 一定质量的气体,体积保持不变时,分子的_ _保持不变。在这种情况下,温度升高时,分 子的平均动能增大,气体的压强就增大 盖吕萨克 定律 一定质量的气体,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,使分子的_ _减小,才能保持压强不变 密集程度 密集 程度 密 集程度 【易错辨析】(1)气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大。()(2)温
4、度相同时,各种气体分子的平均速度都相同。()(3)密闭容器中气体的压强是由于分子间的相互作用力而产生的。()(4)气体分子的平均动能越大、分子越密集,气体压强越大。()(5)一定质量的某种理想气体,若p不变,V增大,则T增大,这是由于分子密集程度减 小,要使压强不变,需使分子的平均动能增大。()关键能力合作学习 知识点一 气体分子运动的规律 1.气体的微观结构特点:(1)气体分子间的距离较大,大于10r0(10-9 m),气体分子可看成质点。(2)气体分子间的分子力很微弱,通常认为气体分子除了相互碰撞或与器壁碰撞外,不受其他力的作用。2.气体分子运动的特点:(1)标准状态下1 cm3气体中的分
5、子数比地球上的人口总数还要多上许多亿倍。大量气体分子做无规则热运动,因此,分子之间频繁地碰撞、每个分子的速度大小和方向频繁地改变。(2)正是“频繁碰撞”,造成气体分子不断地改变运动方向,使得每个气体分子可自由运动的行程极短(理论研究指出通常情况下气体分子自由运动行程的数量级仅为10-8 m),整体上呈现为杂乱无章的运动。(3)分子运动的杂乱无章,使得分子在各个方向运动的机会均等。(4)大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”的规律,当温度升高时,“中间多”这一高峰向速率大的一方移动,分子的平均速率增大,分子的热运动更剧烈。3.温度与分子运动的关系:(1)气体的温度,是气体大量分子运动剧烈程
6、度的表现。(2)温度是组成物体的所有分子的平均动能的标志。【问题探究】(1)飘落的树叶和抛掷硬币,落在地上哪一面向上?遵循什么规律?(2)气体分子的运动有没有规律,有没有向某个方向运动的分子多?提示:(1)一片树叶或一枚硬币,落在地上不能确定哪一面向上,这是没有规律的。大量的硬币一块抛掷出去,正面向上和反面向上的数量相差不多,说明正面向上和反面向上概率相同;树叶如果是凹型的,凹的一面向上的比向下的多一些,说明凹的一面向上的概率比凹的一面向下的概率大。(2)一个分子运动过程中不断地与其他分子碰撞,大小和方向不断地变化,没有规律,大量的分子运动时向各个方向运动的分子是相同的,没有哪一个方向占优势。
7、【典例示范】考查角度1 对温度是分子平均动能标志的理解【典例1】(多选)关于理想气体的温度、分子平均速率、内能的关系,下列说法正确的是()A.温度升高时,气体分子的平均速率增大 B.温度相同时,各种气体分子的平均速率都相同 C.温度相同时,各种气体分子的平均动能相同 D.温度相同时,各种气体的内能都相同【解析】选A、C。温度升高,气体分子的平均动能增大,气体分子的平均速率增大,A正确;温度相同时,一定质量的各种理想气体平均动能相同,但由于是不同气体,分子质量不同,所以各种气体分子的平均速率不同,C正确、B错误;各种理想气体的温度相同,只说明它们的平均动能相同,气体的内能大小还和气体的分子数有关
8、,D错误。故选A、C。考查角度2 气体分子的速率分布规律【典例2】(2018江苏高考)一定量的氧气贮存在密封容器中,在T1和T2温度下其分子速率分布的情况见表。则T1_(选填“大于”“小于”或“等于”)T2。若约10%的氧气从容器中泄漏,泄漏前后容器内温度均为T1,则在泄漏后的容器中,速率处于400500 m/s区间的氧气分子数占总分子数的百分比_(选填“大于”“小于”或“等于”)18.6%。【解析】分子平均速率越大,温度越高,根据表格中数据得T1大于T2,由于温度是分子平均动能的标志,温度不变,分子平均动能也不变,各速率区间的分子数占总分子数的百分比就不变。答案:大于 等于【素养训练】1.(
9、多选)对于气体分子的运动,下列说法正确的是()A.一定温度下某理想气体的分子的碰撞虽然十分频繁,但同一时刻,每个分子的速率都相等 B.一定温度下某理想气体的分子速率一般不相等,但速率很大和速率很小的分子数目相对较少 C.一定温度下某理想气体的分子做杂乱无章的运动可能会出现某一时刻所有分子都朝同一方向运动的情况 D.一定温度下某理想气体,当温度升高时,其中某10个分子的平均动能可能减小【解析】选B、D。一定温度下某理想气体分子碰撞十分频繁,单个分子运动杂乱无章,速率不等,但大量分子的运动遵从统计规律,速率很大和速率很小的分子数目相对较少,向各个方向运动的分子数目相等,A、C错误、B正确;温度升高
10、时,大量分子平均动能增大,但个别或少量(如10个)分子的平均动能有可能减小,D正确。故选B、D。2.某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示,图中f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分率,所对应的温度分别为T、T、T,则()A.TTT B.TTT C.TT,TT D.T=T=T【解析】选B。曲线下的面积表示分子速率从0所有区间内分子数的比率之和,显然其值应等于1,当温度升高时,分子的速率普遍增大,所以曲线的高峰向右移动,曲线变宽,但由于曲线下总面积恒等于1,所以曲线的高度相应降低,曲线变得平坦,所以TTT,A、C、D错误,B正确。故选B。【加固训练】1.(多选)图甲为测
11、量分子速率分布的装置示意图,圆筒绕其中心匀速转动,侧面开有狭缝N,内侧贴有记录薄膜,M为正对狭缝的位置。从原子炉R中射出的银原子蒸气穿过屏上S缝后进入狭缝N,在圆筒转动半个周期的时间内相继到达并沉积在薄膜上。展开的薄膜如图乙所示,NP,PQ间距相等,则()A.到达M附近的银原子速率较大 B.到达Q附近的银原子速率较大 C.位于PQ区间的分子百分率大于位于NP区间的分子百分率 D.位于PQ区间的分子百分率小于位于NP区间的分子百分率【解析】选A、C。到达M点附近的银原子运动时间最短,到达N点附近的银原子运动时间最长,所以落点从N到M的银原子速率是越来越大的,可知:M附近的银原子速率较大,故选项A
12、正确,B错误。PQ区间的分子百分率最大,故选项D错误,C正确。2.(多选)根据气体分子动理论,气体分子运动的剧烈程度与温度有关,下列表格中的数据是研究氧气分子速率分布规律而列出的。按速率大小划 分的区间(m/s)各速率区间的分子数占总分子数的百分比(%)0 100 100以下 1.4 0.7 100200 8.1 5.4 200300 17.0 11.9 300400 21.4 17.4 400500 20.4 18.6 500600 15.1 16.7 600700 9.2 12.9 700800 4.5 7.9 800900 2.0 4.6 900以上 0.9 3.9 依据表格内容,以下四
13、位同学所总结的规律正确的是()A.不论温度多高,速率很大和很小的分子总是少数 B.温度变化,表现出“中间多、两头少”的分布规律要改变 C.某一温度下,速率都在某一数值附近,离开这个数值越远,分子越少 D.温度增加时,速率小的分子数减少了【解析】选A、C、D。温度变化,表现出“中间多、两头少”的分布规律是不会改变的,B错误;由气体分子运动的特点和统计规律可知,A、C、D描述正确。知识点二 气体压强的微观意义 1.气体压强的产生:单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的,但是大量分子频繁地碰撞器壁,就会对器壁产生持续、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看,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
14、均作用力。2.决定气体压强大小的因素:(1)微观因素。气体分子的密集程度:气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,气体压强就越大。气体分子的平均动能:气体的温度越高,气体分子的平均动能就越大,每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大;从另一方面讲,分子的平均速率越大,在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多,累计冲力就越大,气体压强就越大。(2)宏观因素。与温度有关:温度越高,气体的压强越大。与体积有关:体积越小,气体的压强越大。3.气体压强与大气压强的区别与联系:项目 气体压强 大气压强 区别(1)因密闭容器的
15、气体分子的密集程度一般很小,由气体自身重力产生的压强极小,可忽略不计,故气体压强由气体分子碰撞器壁产生(2)大小由气体分子的密集程度和温度决定,与地球的引力无关(3)气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的(1)由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用,地球表面就没有大气,从而也不会有大气压强(2)地面大气压强的值与地球表面积的乘积,近似等于地球大气层所受的重力值(3)大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而实现的 【问题探究】下大雨的时候人们打着的伞为什么会感到明显的加
16、重?提示:大量密集的雨滴对伞形成一个持续的压力,就像大量持续撒向托盘秤上的豆子一样,给秤一个持续的压力。【典例示范】【典例】如图所示,两个完全相同的圆柱形密闭容器,甲中装有与容器容积相等的水,乙中充满空气,试问:(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(不考虑大气产生的压强),底面的压强最大,其数值为p=gh(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=gx。对乙容器,各处器壁上的压强大小都相等
17、,其大小决定于气体的分子密度和温度。(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。答案:见解析【规律方法】气体压强的分析技巧(1)明确气体压强产生的原因大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞。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)明确气体压强的决定因素气体分子的密集程度与平均动能。(3)只有知道了这两个因素的变化,才能确定压强的变化,不能根据任何单个因素的变化确定压强是否变化。【素养训练】1.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吸引和排斥产生的 B.气体分子的平均速率增大,气体的压
18、强一定增大 C.气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生的 D.当某一容器自由下落时,容器中气体的压强将变为零【解析】选C。气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁产生的,A错误、C正确;气体分子的平均速率增大,若气体体积增大,气体的压强不一定增大,B错误;当某一容器自由下落时,分子的运动不受影响,容器中气体的压强不为零,D错误。故选C。2.一定质量的理想气体,在压强不变的条件下,温度升高,体积增大,从分子动理论的观点来分析,正确的是()A.此过程中分子的平均速率不变,所以压强保持不变 B.此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变,所以压强保持不变 C.此过程中单位时间内气体分子对单位
19、面积器壁的碰撞次数不变,所以压强保持不变 D.以上说法都不对【解析】选D。压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关,温度升高,分子与器壁的撞击力增大,单位时间内碰撞的分子数要减小,压强才可能保持不变。3.对于一定质量的气体,下列论述中正确的是()A.如果体积减小,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 B.如果压强增大且温度不变,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 C.如果温度升高,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 D.如果分子密度增大,气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大【解析】选B。气体分子在单位时
20、间内对单位面积器壁的碰撞次数,是由单位体积内的分子数和分子的平均速率共同决定的。选项A和选项D都是单位体积内的分子数增大,但分子的平均速率如何变化不知道;选项C由温度升高可知分子的平均速率增大,但单位体积的分子数如何变化未知,所以选项A、D、C都不正确;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,宏观表现为温度;另一个是分子的密集程度。温度不变的情况下,分子越密集,对单位面积器壁的碰撞次数越多,压强越大,所以选项B正确。【加固训练】关于密闭容器中气体的压强,下列说法正确的是()A.是由气体受到的重力产生的 B.是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的 C.压强的大小只取决于气体分子数
21、量的多少 D.容器运动的速度越大,气体的压强也越大【解析】选B。气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的,A错误,B正确;压强的大小取决于气体分子的平均动能和分子的密集程度,与物体的宏观运动无关,C、D错误。知识点三 三个气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律:(1)宏观表现:一定质量的某种理想气体,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)微观解释:温度不变,分子的平均动能不变。体积越小,分子越密集,单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多,气体的压强就越大,如图所示。2.查理定律:(1)宏观表现:一定质量的某种理想气体,在体积保持不变时,温度升高,压强增大;温
22、度降低,压强减小。(2)微观解释:体积不变,则分子密度不变,温度升高,分子平均动能增大,分子撞击器壁的作用力变大,所以气体的压强增大,如图所示。3.盖吕萨克定律:(1)宏观表现:一定质量的某种理想气体,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:温度升高,分子平均动能增大,撞击器壁的作用力变大,而要使压强不变,则需影响压强的另一个因素,即分子的密集程度减小,所以气体的体积增大,如图。【问题探究】情境:一定质量的理想气体有压强p、体积V和温度T三个状态参量,如图所示。讨论:从微观的角度分析一定质量的理想气体的压强、体积和温度,有没有可能只有一个状态参量发生变化?提示:没
23、有可能。决定气体压强的两个因素是气体分子的密集程度和分子的平均动能。体积和温度不变则分子的密集程度和分子的平均动能不变,压强不变。体积或者温度只有一个变了,则压强一定变。故体积、压强、温度不可能只有一个状态参量变化。【典例示范】【典例】(2019全国卷)如p-V图所示,1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态,对应的温度分别是T1、T2、T3。用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的次数,则N1_N2,T1_T3,N2_N3。(均选填“大于”“小于”或“等于”)【解析】气体在1、2状态,由于V1=V2,气体的分子数密度相等,p1p2,故T
24、1T2,气体分子在状态1的平均动能大于在状态2的平均动能,N1大于N2;气体在 状态1、3,由理想气体状态方程得 ,解得T1=T3;气体在状态2、3,压强相 等,则 ,因V2V3,气体在状态2的分子数密度大于气体在状态3的分子数密 度,又T2N3。答案:大于 等于 大于 112212p Vp VTT331113p Vp VTT3223VVTT【素养训练】1.如图所示,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()A.气体的温度不变 B.气体的内能增加 C.气体分子的平均速率减小 D.气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变【解析】选B。从p-V图象
25、中的AB图线看,气体由状态A变到状态B为等容升压过程,根据查理定律,一定质量的气体,当体积不变时,压强跟热力学温度成正比,由A到B是压强增大,温度升高,A错误;气体的温度升高,内能增加,B正确;气体体积不变,分子密集程度不变,温度升高,分子平均速率增大,则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上的碰撞次数增加,C、D错误。故选B。2.(多选)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,压强和体积可能都不变【解析】选A、B。根据气体压强、体积、
26、温度的关系可知,体积不变,压强增大时,气体的温度增大,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;温度升高,压强、体积中至少有一个发生改变,D错。【加固训练】(2017北京高考)以下关于热运动的说法正确的是()A.水流速度越大,水分子的热运动越剧烈 B.水凝结成冰后,水分子的热运动停止 C.水的温度越高,水分子的热运动越剧烈 D.水的温度升高,每一个水分子的运动速率都会增大【解析】选C。一切物质分子都在不停地做无规则的热运动,B选项错误;温度是分子平均动能的标志,温度越高,分子热运动越
27、剧烈,与物体的宏观速度无关,A选项错误,C选项正确;温度升高时,分子的平均速率增大,但不是每一个分子的运动速率都增大,D选项错误。【拓展例题】考查内容:大气压强宏观和微观解释【典例】关于地面附近的大气压强,甲说:“这个压强就是地面每平方米面积的上方整个大气柱的压力,它等于该气柱的重力。”乙说:“这个压强是由地面附近那些做无规则运动的空气分子对每平方米地面的碰撞造成的。”丙说:“这个压强既与地面上方单位体积内气体分子数有关,又与地面附近的温度有关。”()A.只有甲的说法正确 B.只有乙的说法正确 C.只有丙的说法正确 D.三种说法都有道理【解析】选D。大气压产生的原因从宏观上看,这个压强就是地面
28、每平方米面积的上方整个大气柱的压力,它等于该气柱的重力产生的压强,甲的说法是正确的;从外观上看,这个压强是由地面附近那些做无规则运动的空气分子对每平方米地面的频繁碰撞造成的,乙的说法正确;所以这个压强既与地面上方单位体积内气体分子数有关,又与地面附近的温度即空气分子的平均动能有关,丙的说法也正确,故选项D正确。课堂检测素养达标 1.(多选)下列对气体分子运动的描述正确的是()A.气体分子的运动是杂乱无章的,没有一定的规律 B.气体分子间除相互碰撞或跟器壁碰撞外,几乎无相互作用 C.大量气体分子的运动符合统计规律 D.气体之所以能充满整个空间,是因为气体分子间相互作用的引力和斥力十分微弱,气体分
29、子可以在空间自由运动【解析】选B、C、D。气体分子的运动是杂乱无章的,但大量气体分子的运动符合统计规律,A错误、C正确;气体分子间距离很大,分子间相互作用的引力和斥力很弱,通常认为气体分子除相互碰撞或跟器壁碰撞外,不受力的作用,在空间自由运动,能充满整个空间,B、D正确。故选B、C、D。2.(多选)分子都在做无规则的运动,但大量分子的速率分布却有一定的规律性,如图所示。下列说法正确的是()A.在一定温度下,大多数分子的速率都接近某个数值,其余少数分子的速率都小于该数值 B.高温状态下每个分子的速率大于低温状态下所有分子的速率 C.高温状态下分子速率大小的分布范围相对较大 D.高温状态下大多数分
30、子对应的速率大于低温状态下大多数分子对应的速率【解析】选C、D。温度升高,所有分子的平均速率增大,分子速率大小的分布范围相对较大,高温状态下大多数分子对应的速率大于低温状态下大多数分子对应的速率,A、B错误,C、D正确。3.关于气体的压强,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【解析】选D。气体的压强在微观上与两个因素有关:一是气体分子的平均动能,二是气体分子的密集程度,密集程度或平均动能增大,都只强调问题的一方面,
31、也就是说,平均动能增大的同时,分子的密集程度可能减小,使得压强可能减小;同理,当分子的密集程度增大时,分子的平均动能也可能减小,气体的压强变化不能确定,所以A、B、C错误,D正确。故选D。【加固训练】对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是()A.若体积不变,温度升高,则每个气体分子热运动的速率都增大 B.若体积减小,温度不变,则器壁单位面积受气体分子的碰撞力不变 C.若体积不变,温度降低,则气体分子密集程度不变,压强可能不变 D.若体积减小,温度不变,则气体分子密集程度增大,压强一定增大【解析】选D。温度升高,则气体分子的平均动能增大,但并不是气体中每个分子 的速率都增大,也有个别分子速率减
32、小,A错误;对于一定质量的理想气体满足 =C,若体积减小,温度不变,则压强增大,即器壁单位面积受到气体分子的碰撞力增大,B错误;对于一定质量的理想气体满足 =C,若体积不变,气体分子密集程度不 变,温度降低,则压强减小,C错误;对于一定质量的理想气体,若体积减小,分子的 密集程度增大,且满足 =C,所以若体积减小,温度不变,则压强一定增大,D正 确。故选D。pVTpVTpVT4.有一空的薄金属筒开口向下静止于恒温透明液体中,筒中液面与A点齐平。现 缓慢将其压到更深处,筒中液面与B点齐平,此时筒中气体长度减为原来的 。若测得A点压强为1.2105 Pa,不计气体分子间相互作用,且筒内气体无泄漏。(1)求液体中B点的压强。(2)从微观上解释气体压强变化的原因。23【解题指南】解答本题要把握以下两点:(1)玻意耳定律的应用。(2)气体压强的微观意义。【解析】(1)由题意知气体做等温变化,则有pAV=pB V 代入数据得pB=1.8105 Pa(2)在缓慢下压过程中,温度不变,气体分子的平均动能不变;但单位体积内的气体 分子数增多,单位时间内气体分子碰撞器壁的次数增多,气体的压强变大。答案:(1)1.8105 Pa(2)见解析 23
