氣體分子運動理論

1、氣體分子運動理論學科：物理開始學習教學內(nèi)容：氣體分子運動理論【基礎知識精講】1. 氣體分子運動的特點(1) 氣體分子之間的距離專門大，距離大約是分子直徑的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.氣體能充滿它們所能達到的空間，沒有一進的體積和形狀.(2) 每個氣體分子都在做永不停息的運動，大疑氣體分子頻繁地發(fā)生碰撞使每個氣體分 子都在做雜亂無章的運動.(3) 大量氣體分子的雜亂無章的熱運動，在宏觀上表現(xiàn)出一泄的規(guī)律性. 氣體分子沿各個方向運動的數(shù)目是相等的. 關于任一溫度下的任何氣體來說，多數(shù)氣體分子的速率都在某一數(shù)值范疇之內(nèi)，比這 一數(shù)值范疇速率大的分

2、子數(shù)和比這一數(shù)值范疇速率小的分子數(shù)依次遞減速率專門大和速率 專門小的分子數(shù)都專門少在確泄溫度下的某種氣體的速率分布情形是確左的.在溫度升髙時，多數(shù)氣體分子所在的速率范疇升高，而且在這一速度范疇的分子數(shù)增多.2. 氣體壓強的產(chǎn)生(1) 氣體壓強的定義氣體作用在器壁單位而積上的壓力確實是氣體的壓強，即P二F/S.(2) 氣體壓強的形成緣故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刻是極其短暫 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，能夠認為 氣體對器壁的作用力是連續(xù)的、平均的.(3) 氣體壓強的決定因素 分子的平均動能與密集程度從微觀角度來看，氣

3、體分子的質(zhì)量越大，速度越大，即分子的平均動能越大，每個氣體 分子撞一次器壁對器壁的作用力越大，而單位時刻內(nèi)氣體分子撞擊器壁的次數(shù)越多，對器壁 的總壓力也越大，而撞擊次數(shù)又取決于單位體積內(nèi)分子數(shù)(分子的密集程度)和平均動能(分 子在容器中往返運動著，其平均動能越大，分子平均速率也越大，連續(xù)兩次碰撞某器壁的時 刻間隔越短，即單位時刻內(nèi)撞擊次數(shù)越多)，因此從微觀角度看，氣體的壓強決左于氣體的 平均動能和密集程度. 氣體的溫度與體積從宏觀角度看，一左質(zhì)量的氣體的壓強跟氣體的體積和溫度有關關于一泄質(zhì)量的氣體, 體積的大小決泄分子的密集程度，而溫度的髙低是分子平均動能的標志.(4) 幾個問題的說明 在一個

4、不太高的容器中，我們能夠認為各點氣體的壓強相等的. 氣體的壓強經(jīng)常通過液體的壓強來反映. 容器內(nèi)氣體壓強的大小與氣體的重力無關，這一點與液體的壓強不同(液體的壓強是 由液體的重力造成的).這是因為一樣容器內(nèi)氣體質(zhì)量專門小，且容器髙度有限，因此不同髙 度處氣體分子的密集程度幾乎沒有差異.因此氣體的壓強處處相等，即壓強與重力無關. 關于地球大氣層如此的研究對象，由于不同高度處氣體分子的密集程度不同，溫度也 有明顯差異，因此不同髙度差處氣體的壓強是不同的.這種情形下氣體的壓強與重力有關.3. 對氣體實驗定律的微觀說明(1) 玻意耳定律的微觀說明 一定質(zhì)星的氣體，溫度保持不變，從微觀上看表示氣體分子的

5、總數(shù)和分子平均動能保 持不變，因此氣體壓強只跟單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關. 氣體發(fā)生等溫變化時，體積增大到原先的幾倍，單位體積內(nèi)的分子數(shù)就減少到原先的 幾分之一，圧強就會減小到原先的幾分之一：體積減小到原先的幾分之一，單位體積內(nèi)的分 子數(shù)就會增加到原先的幾倍，壓強就會增大到原先的幾倍，即氣體的壓強和體積的乘積保持 不變.(2) 查理定律的微觀說明 一泄質(zhì)疑的理想氣體，體積保持不變時，從微觀上看表示單位體積內(nèi)的分子數(shù)保持不 變，因此氣體的壓強只跟氣體分子的平均動能有關. 氣體發(fā)生等容變化時，溫度升高，氣體分子的平均動能增大，氣體壓強會跟著增大： 溫度降低，氣體分子的平均動能減小，氣體壓強會跟著減小.

6、(3) 蓋呂薩克定律的微觀說明 一泄質(zhì)量的理想氣體，壓強不變時，從微觀上看是單位體積內(nèi)分子數(shù)的變化引起的壓 強變化與由分子的平均動能變化引起的壓強變化相互抵消. 氣體發(fā)生等壓變化時，氣體體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減小，會使氣體的壓強減 小，氣體的溫度升高，氣體分子的平均動能增大，才能使氣體的壓強增大來抵消由氣體體積 增大而造成的氣體壓強的減小；相反，氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，會使氣體 的壓強增大，只有氣體的溫度降低，氣體分子的平均動能減小，才能使氣體的壓強減小來抵 消由氣體體積減小而造成的氣體壓強的增大.4. 理想氣體內(nèi)能及變化理想氣體，是我們在研究氣體性質(zhì)時所建立的理想模型，它

7、指的是不考慮氣體分子間相 互作用力，這是由于氣體分子間距離較遠，已超過10r。，故可忽略氣體分子間作用力，如此 理想氣體的內(nèi)能就取決于分子的總數(shù)目和分子的平均動能，而分子的數(shù)目又由氣體的摩爾量 決泄，分子的平均動能的標志是氣體的溫度，因此理想氣體的內(nèi)能就可用摩爾量和溫度這兩 個宏觀物理量來衡量了，而關于一左質(zhì)量的理想氣體而言，它的內(nèi)能只由溫度來衡量.也確實是說，對一左質(zhì)量的理想氣體，它的內(nèi)能是否發(fā)生變化，只需看它的溫度是否變 化了就能夠了，溫度升髙，內(nèi)能增大：溫度降低，內(nèi)能減小.理想氣體做功與否，只需觀看它的體積，若體積增大，則氣體對外界做功：體積減小， 則外界對氣體做功.依照能的轉化和守恒左

8、律，一左質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能的改變量等于氣體吸取的熱量與 外界對氣體做功之和，即厶E二Q神.【重點難點解析】重點氣體壓強的產(chǎn)生和氣體實驗定律的微觀說明.難點用統(tǒng)計的方法分析氣體分子運動的特點.例1 一泄質(zhì)量的理想氣體，當體積保持不變時，英壓強隨溫度升髙而增大，用分子動 理論來說明，當氣體的溫度升高時，其分子的熱運動加劇，因此：:從而導致壓強增大.解析氣體的壓強是由大量的氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的，壓強的大小決左于單位體 積內(nèi)的分子數(shù)和分子的平均動能，一泄質(zhì)量的理想氣體，體積不變時，單位體積內(nèi)分子數(shù)不 變：溫度升高時，分子運動加劇，與器壁碰撞速率增大，沖力增大，同時碰撞機會增多，故 壓強變大.答

9、案分子每次碰撞器壁時給器壁的沖力增大 分子在單位時刻對單位而積器壁 碰撞次數(shù)增多.說明本題要緊考査氣體壓強的微觀說明分析時要結合分子動理論，壓強產(chǎn)生緣故綜 合分析正確明白得決定壓強的兩個因素是關鍵.例2.個密閉的絕熱容器內(nèi)，有一個絕熱的活塞將它隔成AB兩部分空間，在A、B兩 部分空間內(nèi)封有相同質(zhì)量的空氣，開始時活塞被銷釘固立 A部分氣體的體枳大于B部分氣 體的體積，溫度相同，如下圖所示.若拔出銷釘后，達到平穩(wěn)時，A、B兩部分氣體的體積匕 與W的大小，有（）A. VXV5B. VA=V5C. VAVb,因此氣體分子數(shù)密度不同，PaVp,又因為溫度相同, 依照氣體壓強的決立因素可知PaT/ .又因

10、為最終兩邊氣體壓強相等活塞才能 靜止，而兩邊氣體質(zhì)量相等，A氣溫度髙于B氣，兩邊壓強要想相等，只有A氣體密度小于 B氣體密度，故最終一定是VJ Vb , A選項正確.答案A正確說明本題若對氣體壓強大小決左因素不明白得，又不淸晰銷釘拔掉后物理情境的變 化，極易錯選B或C.【難題巧解點撥】例1關于一定質(zhì)量的理想氣體，下列四個論述中正確的是（）A. 當分子熱運動變劇烈時，壓強必變大B. 當分子熱運動變劇烈時，壓強能夠不變C. 當分子間的平均距離變大時，壓強必變小D. 當分子間的平均距離變大時，壓強必變大解析 關于理想氣體：分子熱運動的劇烈程度由溫度髙低決左；分子間的平均距離 由氣體體積決泄；關于一泄

11、量的理想氣體，工二恒量.TA、B選項中，“分子熱運動變劇烈”說明氣體溫度升髙，但氣體體積變化情形未知，因 此壓強變化情形不確定，A錯誤B正確.C、D選項中，“分子間的平均距離變大”說明氣體體 積變大，但氣體溫度變化情形未知，故不能確左其壓強變化情形，C、D均錯誤.答案選B.點評本題考査分子運動理論和理想氣體狀態(tài)的簡單綜合注意從分子運動理論深刻明 白得理想氣體的三個狀態(tài)參量，從狀態(tài)方程判左三個參量之間的變化關系.例2如下圖所示，直立容器內(nèi)容部有被隔板隔開的A、B兩部分氣體，A的密度小，B 的密度大，抽去隔板，加熱氣體，使兩部分氣體平均混合，設在此過程氣體吸熱Q，氣體內(nèi) 能增量為AE,貝H ）AB

12、A. AE=QB. AEQD.無法比較解析A、B氣體開始的合重心在中線下，由于氣體分子永不信息地運動，抽去隔板后, A、B兩部分氣體均在整個容器中平均分布，因此合重心在中線處，造成重力勢能增大，由 能量守恒泄律得：吸取熱呈:一部分增加氣體的內(nèi)能，一部分增加重力勢能，因此B正確.答案選B.點評此題要綜合應用氣體分子運動論和能量守恒定律的知識求解.【典型熱點考題】例讓一世質(zhì)量的理想氣體發(fā)生等溫膨脹，在該過程中（）A.氣體分子平均動能不變B.氣體壓強減小C.氣體分子的勢能減小D.氣體密度不變解析溫度是物體分子平均動能的標志，溫度不變，氣體分子平均動能不變，因此A 正確，由密度定義及題意得到D錯誤；理

13、想氣體沒有分子勢能，故C錯：由玻意耳左律知氣 體等溫膨脹時其壓強減小.答案選AB.本周強化練習【同步達綱練習】1. 質(zhì)量一左的某種氣體，在體積保持不變的情形下，將氣體的溫度由-13C升髙到17C, 則保持不變的是（）A.壓強B.分子的平均速率C.分子的平均動能D.氣體密度2. 氣體的壓強是由下列哪種緣故造成的（）A.氣體分子對器壁的吸引力B.氣體分子對器壁的碰撞力C.氣體分子對器壁的排斥力D.氣體的重力3. 泄質(zhì)量的理想氣體，在壓強不變的條件下，體積增大，貝9（）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

14、形4. 在一泄溫度下，當氣體的體積減小時，氣體的壓強增大，這是由于（）A. 單位體積內(nèi)的分子數(shù)變大，單位時刻內(nèi)對器壁碰撞的次數(shù)增多B. 氣體分子密度變大，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. 氣體分子的密度變大，單位體積內(nèi)分子的重量變大5. 兩容積相等的容器中，分別裝有氫氣和氧氣，且兩容器中的氣體質(zhì)量相等，溫度相同, 則此兩容器中（）A. 氧分子的平均速率與氫分子的平均速率相等B. 氧分子平均速率比氫分子的平均速率小C. 氧分子的個數(shù)比氫分子的個數(shù)多D. 氧分子的個數(shù)和氫分子的個數(shù)相等） 分子的平均動能一立增大 分子的平均動能一立增大 分子的平均動能一建增大 分子

15、的平均動能一定增大體積增大, 體枳減小, 體積增大, 體積減小,6. 對一泄質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是（A. 壓強增大，B. 壓強減小，C. 壓強減小，D. 壓強增大，【素養(yǎng)優(yōu)化訓練】1當兩容器中氣體的溫度、壓強、體積都相同時，下而說法正確的是（）A.兩者是同種氣體B.兩者氣體質(zhì)量一定相同C.兩者氣體含有的熱量相同D.兩者具有相同的分子數(shù)2. 已知高山上某處的氣壓為0.40atm,氣溫為-30C,則該處每立方厘米大氣中的分子數(shù)為（阿伏加得羅常數(shù)為G.OXlOmor1,在標準狀態(tài)下lmol氣體的體積為 22. 4L.（）3. 如下圖所示的狀態(tài)變化曲線是一泄質(zhì)量氣體的變化圖線，從a-b是一條

16、雙曲線，則氣體從b-c的過程中氣體分子的密度,從c-a過程中氣體分子的平均動能（填“增大”、“減小”或“不變”）4. 依照氣體分子動理論，能夠從微觀上來說明玻意耳定律：一泄質(zhì)量的某種氣體溫度保 持不變，也確實是分子的和不變，即每個分子平均一次碰 撞器壁的沖量:在這種情形下，體積減小，分子增大，單位時刻內(nèi)， 碰撞到器壁單位而積上的分子個數(shù),從而導致壓強增大.【生活實際運用】1. 一個細口瓶開口向上放宜，細口瓶的容積為1升，周圍環(huán)境的大氣壓強為1個標準大 氣壓.當細口瓶內(nèi)空氣溫度從原先的0C升髙到10C時，瓶內(nèi)氣體分子個數(shù)減少了多少個? 阿伏加得羅常數(shù)Ne.OXlOmor1,要求一位有效數(shù)字.【知

17、識驗證實驗】用分子動理論說明氣體實驗定律差不多的思維方法是：依據(jù)描述氣體狀態(tài)的宏觀物理雖（m、p、V、T）與表示氣體分子運 動狀態(tài)的微觀物理量（N、n、v）間的相關關系，從氣體實驗左律成立的條件所描述的宏觀物 理量（如m泄和T不變）推岀相關不變的微觀物理量（如N泄和v不變），再依照宏觀自變 量（如V）的變化推岀微觀自變量（如n）的變化，再依據(jù)推出的有關微觀量（如v和n）變與不變的情形推出宏觀因變量（如p）的變化情形.JTI定-*N_定f不變pt l）乍不變T t （或 J ） f v t （或 J ）【知識探究學習】如下圖所示，一左質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)a經(jīng)狀態(tài)b變化到狀態(tài)c,其變化過程如圖所 示，下列說法正確的是（）A. ab過程吸熱大于be過程放熱B. ab過程吸熱小于be過程放熱C. ab過程吸熱大于be過程吸熱D. ab過程吸熱小于be過程吸熱提示：a-b是等壓過程VVBV ATbL.a-b過程，氣體對外做功且內(nèi)能增加，氣體吸取熱量 b-c是等容過程VPCPB ATcT5b-c過程氣體不對外界做功，外界也不對氣體做功，但氣體內(nèi)能減小，因此b-c氣體 放熱PV 由二恒疑及圖像知Ta=Tc,故a-b-c的全過程中