1、第四节气体热现象的微观意义【素养目标定位】知道气体分子运动的特点掌握气体压强的微观意义了解气体实验定律的微观解释【素养思维脉络】课前预习反馈知识点1随机性与统计规律1必然事件在一定条件下_必然_出现的事件。2不可能事件在一定条件下_不可能_出现的事件。3随机事件在一定条件下，_可能_出现，也_可能_不出现的事件。4统计规律大量的_随机事件_整体表现出的规律。知识点2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，除相互碰撞或跟器壁碰撞外，可以认为分子不受力而做_匀速直线_运动，因而气体能充满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
2、速度大小和方向频繁地改变，分子的运动_杂乱无章_，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、两头少_”的分布规律。当气体温度升高时，分子的平均速率_增大_2.气体分子的热运动与温度的关系(1)温度_越高_，分子的热运动越剧烈。(2)理想气体的热力学温度T与分子的平均动能 K成正比，即：Ta K(式中a是比例常数)，因此可以说，_温度_是分子平均动能的标志。知识点3气体压强的微观意义1气体压强的产生原因气体的压强是大量气体分子频繁地_碰撞器壁_而产生的。2影响气体压强的两个因素(1)气体分子的_平均动能_(2
3、)分子的_密集程度_知识点4对气体实验定律的微观解释1玻意耳定律的微观解释一定质量的气体，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_密集程度_增大，气体的压强就增大。2查理定律的微观解释一定质量的气体，体积保持不变时，分子的_密集程度_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。3盖吕萨克定律的微观解释一定质量的气体，温度升高时，分子的_平均动能_增大。在这种情况下只有气体的_体积_同时增大，使分子的_密集程度_减小，才能保持压强不变。辨析思考判一判(1)大量随机事件的整体会表现出一定的规律性。()(2)密闭气体的压强是由气
4、体受到重力而产生的。()(3)气体的温度越高，压强就一定越大。()(4)大气压强是由于空气受重力产生的。()(5)气体分子的速率各不相同，但遵守速率分布规律，即出现“中间多、两头少”的分布规律。()(6)气体的压强是大量气体分子频繁持续地碰撞器壁而产生的。()选一选如图，横坐标v表示分子速率，纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比。图中曲线能正确表示某一温度下气体分子麦克斯韦速率分布规律的是(D)A曲线B曲线C曲线D曲线解析：分子速率分布曲线是正态分布，一定温度下气体分子速率很大和很小的占总分子数的比率都很少，呈现“中间多，两头少”的规律，只有曲线符合实际情况。本题易错选
5、B，注意到曲线上速率为零的分子占有总分子数的比率是某一值，这是不可能的，因为分子在做永不停息的无规则热运动。想一想自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”。你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象？(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)答案：轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的密集程度不断增大，温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。课内互动探究探究 统计规律与气体分子运动特点思考讨论1_如图所示为一定质量的氧气分子在0 和100 两种不同情况下的速率分布情况。(1)温度升高，所有分子的运动速
6、率均变大吗？(2)结合图象，你能总结出气体分子运动速率的特点吗？提示：(1)不是(2)个别分子的运动情况无法确定，但大量气体分子的速率分布呈现“中间多、两头少”的规律。归纳总结_1对统计规律的理解(1)个别事件的出现具有偶然因素，但大量事件出现的机会，却遵从一定的统计规律。(2)从微观角度看，由于气体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却有一定的规律。2如何正确理解气体分子运动的特点(1)气体分子距离大(约为分子直径的10倍)，分子力非常小(可忽略)，可以自由运动，所以气体没有一定的体积和形状。(
7、2)分子间的碰撞十分频繁，频繁的碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变，造成气体分子做杂乱无章的热运动，因此气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等。(3)大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)两头少(速率大或小的分子数目少)的规律。(4)当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，即速度大的分子数目增多，速率小的分子数目减小，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈，定量的分析表明理想气体的热力学温度T与分子的平均动能E K成正比，即Ta，因此说，温度是分子平均动能的标志。特别提醒单个或少量分子的运动是“个性行为”，具有不确定性。大量分子运动是“集体行为”，具有规
8、律性即遵守统计规律。典例剖析_典例1 (2020黑龙江哈尔滨六中高二下学期期中)如图1所示，在斯特林循环的pV图象中，一定质量理想气体从状态A依次经过状态B、C和D后再回到状态A，整个过程由两个等温和两个等容过程组成，BC的过程中，单位体积中的气体分子数目_不变_(选填“增大”“减小”或“不变”)，状态A和状态D的气体分子热运动速率的统计分布图象如图2所示，则状态A对应的是_(选填“”或“”)。解题指导：根据气体分子运动的特点求解。解析：从BC的过程中，气体的体积不变，因此单位体积中气体分子数目不变，从状态D到状态A，气体的体积不变，压强减小，温度降低，分子平均动能减小，因此A状态对应的是。对
9、点训练_1(多选)下列关于气体分子运动的说法正确的是(ABC)A分子除相互碰撞或跟容器碰撞外，可在空间自由移动B分子的频繁碰撞致使它做杂乱无章的热运动C分子沿各个方向运动的机会相等D分子的速率分布毫无规律解析：分子的频繁碰撞使其做杂乱无章的无规则运动，除碰撞外，分子可做匀速直线运动，A、B对。大量分子的运动遵守统计规律，如分子向各方向运动机会均等，分子速率分布呈“中间多，两头少”的规律，C对，D错。探究 气体压强的微观意义思考讨论2_试用气体分子热运动的观点解释：在炎热的夏天，打足了气的汽车轮胎在日光的曝晒下容易胀破。提示：在日光曝晒下，胎内气体温度显著升高，气体分子热运动加剧，分子的平均动能
10、增大，使气体压强进一步加大，这样气体的压强一旦超过轮胎的承受能力，轮胎便胀破。归纳总结_1产生原因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，就对器壁产生持续、均匀的压力。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(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)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，气体压强就越大；气体分子的平均动能：气体的温度高，气体分子的平均动能就大，每个气体分子与器壁的碰撞(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的
11、次数就多，累计冲力就大，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不同大气压强由重力而产生，随高度增大而减小。气体压强是由大量分子撞击器壁产生的，大小不随高度而变化。典例剖析_典例2 如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，(甲)中恰好装满水，(乙)中充满空气，则下列说法中正确的是(容器容积恒定)(C)A两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的B两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的C(甲)容器中pApB，(乙)容器中pCpDD当温度升高时，pA、pB变大，pC、pD也要变大解题指导：解决此类
12、问题的关键是：(1)了解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的碰撞产生的。压强就是大量气体分子在单位时间内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。解析：逐项分析如下：选项诊断结论A对(甲)容器压强产生的原因是由于液体受到重力作用，而(乙)容器压强产生的原因是分子撞击器壁产生的BC液体的压强pgh，hAhB，可知pApB，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，pCpDD温度升高时，pA、pB不变，而pC、pD增大对点训练_2.(2020福建省三明市A片区高中联盟高三上学期期末)用豆粒模拟气体分子，可以模拟气体压强产生的原
13、理。如图所示，从距秤盘80 cm高度把1 000粒的豆粒连续均匀地倒在秤盘上，持续作用时间为1 s，豆粒弹起时竖直方向的速度变为碰前的一半。若每个豆粒只与秤盘碰撞一次，且碰撞时间极短(在豆粒与秤盘碰撞极短时间内，碰撞力远大于豆粒受到的重力)，已知1 000粒的豆粒的总质量为100 g。则在碰撞过程中秤盘受到的压力大小约为(B)A0.2 NB0.6 NC1.0 ND1.6 N解析：由题意知v14 m/s，v22 m/s根据动量定理Ftpmv得F0.6 N，故选B。探究 气体实验定律的微观解释思考讨论3_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。从微观的角度分析一定质量的理
14、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：没有归纳总结_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)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积减小，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：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
15、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分子密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。典例剖析_典例3 (多选)对于一定质量的气体，当它们的压强和体积发生变化时，以下说法正确的是(AD)A压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变B压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小C压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变D压强减小，体积增大时，其分子平均动能可能增大解题指导：对于这类定性判断的问题，可从两个途径进行分析：一是从微观角度分析；二是用理想气体状态方程分析。解析
16、：质量一定的气体，分子总数不变，体积增大，单位体积内的分子数减少；体积减小，单位体积的分子数增加。根据气体的压强与单位体积内的分子数和分子的平均动能这两个因素的关系，可判知A、D选项正确，B、C选项错误。对点训练_3.(多选)(2020山东省淄川中学高二下学期段考)如图所示是一定质量的理想气体的pV图线，若其状态为ABCA，且AB等容，BC等压，CA等温，则气体在A、B、C三个状态时(CD)A单位体积内气体的分子数nAnBnCB气体分子的平均速率vAvBvCC气体分子在单位时间内对器壁单位面积的平均作用力FAFB，FBFCD气体分子在单位时间内，对器壁单位面积碰撞的次数是NANB，NANC解析
17、：由题图可知BC，气体的体积增大，密度减小，A错；CA为等温变化，分子平均速率vAvC，B错；而气体分子对器壁产生作用力，BC为等压过程，pBpC，FBFC，由题图知，pApB，则FAFB，C正确；AB为等容降压过程，密度不变，温度降低，NANB，CA为等温压缩过程，温度不变，密度增大，应有NANC，D正确。核心素养提升密闭容器中气体压强与大气压强的差别1因密闭容器中的气体密度一般很小，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，大小由气体的密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强都是大小相等的。2大气压是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸
18、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。地面大气压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。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。案例 下面关于气体压强的说法正确的是(D)A气体压强是由于气体受到重力而产生的B失重情况下气体对器壁不会产生压强C气体对容器底的压强比侧壁压强大D气体的压强是由于气体分子不断地碰撞器壁而产生的解析：气体的压强是由于气体分子不断对容器壁碰撞而产生的，而不是由于气体本身的重力而产生的，所以A错误，D正确；在失重情况下气体分子的热运动不会受到影响，对器壁的压强不会变化，B错误；气体的密度很小
19、，重力的影响可以忽略不计，所以气体对器壁的压强各处都是相等的，C错误。课堂巩固达标1(2020陕西省运城市风陵渡中学高二段考)下面的表格是某地区17月份气温与气压的对照表：月份/月1234567平均最高气温/ 1.43.910.719.626.730.230.8平均大气压/105 Pa1.0211.0191.0141.0081.0030.998 40.996 07月份与1月份相比较，正确的是(D)A空气分子无规则热运动的情况几乎不变B空气分子无规则热运动减弱了C单位时间内空气分子对地面的撞击次数增多了D单位时间内空气分子对单位面积地面撞击次数减少了解析：由表中数据知，7月份与1月份相比，温度升
20、高，压强减小，温度升高使气体分子热运动更加剧烈，空气分子与地面撞击一次对地面的冲量增大，而压强减小，单位时间内空气分子对单位面积地面的冲量减小。所以单位时间内空气分子对单位面积地面的撞击次数减少了，因而只有D项正确。2(2020河北省张家口市一中高二上学期期中)如图所示，是氧气分子在0 和100 的速率分布图，下列说法正确的是(C)A在同一速率区间内，温度低的分子所占比例一定比温度高的分子所占比例大B随着温度的升高，氧气分子的平均速率变小C随着温度的升高，曲线的最大值向右偏移D随着温度的升高，速率小的分子所占的比例增高解析：由图知，在同一速率区间内，温度低的分子所占比例比温度高的分子所占比例不
21、一定大，故A错误；由图可知，随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占比例变低，氧气分子的平均速率增大，故B错误；随着温度的升高，曲线的最大值向右偏移，故C正确；由图可知，随着温度的升高，速率小的分子所占的比例减少，故D错误。3(2020海岳中学高二期中)如图所示，是描述一定质量的某种气体状态变化的VT图线，对图线上的a、b两个状态，下列说法不正确的是(B)A从a到b的状态变化过程是等压变化过程Ba状态的压强、体积、温度均比b状态小Ca状态比b状态分子平均动能小Da状态时在相同时间内撞到器壁单位面积上的分子数比b状态多解析：由VT图线过原点可知，ab是等压变化过程，A对、B错；由TaTb可知，a状态分子平均动能较小，C对；a状态虽然分子平均动能小，但和b状态压强一样大，说明a状态时单位时间内撞到器壁单位面积上的分子数多，D对。