人教版高中物理選修3-3第七章第四節(jié)《氣體熱現(xiàn)象的微觀意義》課件

1、4氣體熱現(xiàn)象的微觀意義第八章氣體學(xué)科素養(yǎng)與目標(biāo)要求1.了解什么是統(tǒng)計(jì)規(guī)律.2.知道氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn).物理觀念：1.能用氣體分子動(dòng)理論解釋氣體壓強(qiáng)的微觀意義，知道氣體的壓強(qiáng)、溫度、體積與所對(duì)應(yīng)的微觀物理量間的相互聯(lián)系.2.能用氣體分子動(dòng)理論解釋三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律.科學(xué)思維：通過將豆粒連續(xù)倒在秤盤上，模擬氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生機(jī)理，幫助學(xué)生理解氣體壓強(qiáng).科學(xué)探究：自主預(yù)習(xí) 預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)重點(diǎn)探究 啟迪思維 探究重點(diǎn)鞏固練習(xí) 檢測(cè)評(píng)價(jià) 達(dá)標(biāo)過關(guān)內(nèi)容索引NEIRONGSUOYIN自主預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)新知 夯實(shí)基礎(chǔ)011.必然事件：在一定條件下 出現(xiàn)的事件.2.不可能事件：在一定條件下 出現(xiàn)的事件.3.隨機(jī)事件：在

2、一定條件下可能出現(xiàn)，也可能 的事件.4.統(tǒng)計(jì)規(guī)律：大量 的整體會(huì)表現(xiàn)出一定的規(guī)律.隨機(jī)性與統(tǒng)計(jì)規(guī)律一不可能必然不出現(xiàn)隨機(jī)事件氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)二1.氣體分子之間的距離大約是分子直徑的10倍左右，通常認(rèn)為除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，氣體分子不受力的作用，做勻速直線運(yùn)動(dòng).2.在某一時(shí)刻，向著任何一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子都有，而且向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的氣體分子數(shù)目都 .相等氣體溫度的微觀意義三1.溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越 .大量氣體分子的速率呈“ ”的規(guī)律分布.當(dāng)溫度升高時(shí)，氣體分子的速率分布圖“中間多”的這一“高峰”向速率大的方向移動(dòng)，即速率大的分子數(shù)目增多，速率小的分子數(shù)目減少，分子的平均速率增大.2.溫

3、度是分子 的標(biāo)志.理想氣體的熱力學(xué)溫度T與分子的平均動(dòng)能 成正比，即Ta ，式中a是比例常數(shù).激烈中間多、兩頭少平均動(dòng)能氣體壓強(qiáng)的微觀意義四1.氣體壓強(qiáng)的大小等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的 .2.產(chǎn)生原因：大量氣體分子對(duì)器壁的碰撞引起的.3.決定因素：(1)微觀上決定于分子的 和分子的 ；(2)宏觀上決定于氣體的 和 .平均作用力平均動(dòng)能密集程度溫度T體積V對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋五1.玻意耳定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體， 保持不變時(shí)，分子的平均動(dòng)能不變.體積減小時(shí)，分子的密集程度 (填“增大”或“減小”)，單位時(shí)間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)就增多，氣體的壓強(qiáng)就 (填“增大”或

4、“減小”).2.查理定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時(shí)，分子的密集程度保持不變，溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能 (填“增大”或“減小”)，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng) (填“增大”或“減小”).增大增大增大增大溫度3.蓋呂薩克定律的微觀解釋一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能 (填“增大”或“減小”)，分子撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強(qiáng)不變，則需使影響壓強(qiáng)的另一個(gè)因素即分子的密集程度減小，所以氣體的體積 (填“增大”或“減小”).增大增大1.判斷下列說法的正誤.(1)氣體內(nèi)部所有分子的動(dòng)能都隨溫度的升高而增大.()(2)溫度相同時(shí)，各種氣體分子的平均速

5、率都相同.()(3)密閉容器中氣體的壓強(qiáng)是由于分子間的相互作用力而產(chǎn)生的.()(4)氣體分子的平均動(dòng)能越大，分子越密集，氣體壓強(qiáng)越大.()(5)一定質(zhì)量的某種理想氣體，若p不變，V增大，則T增大，是由于分子密集程度減小，要使壓強(qiáng)不變，需使分子的平均動(dòng)能增大.()即學(xué)即用2.密閉在鋼瓶中的理想氣體，溫度升高時(shí)壓強(qiáng)增大.從分子動(dòng)理論的角度分析，這是由于分子熱運(yùn)動(dòng)的_增大了.該氣體在溫度T1、T2時(shí)的分子速率分布圖象如圖1所示，則T1_(選填“大于”或“小于”)T2.平均動(dòng)能小于圖1重點(diǎn)探究啟迪思維 探究重點(diǎn)02(1)拋擲一枚硬幣時(shí)，其正面有時(shí)向上，有時(shí)向下，拋擲次數(shù)較少和次數(shù)很多時(shí)，會(huì)有什么規(guī)律？

6、導(dǎo)學(xué)探究對(duì)氣體分子運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的理解一答案拋擲次數(shù)較少時(shí)，正面向上或向下完全是偶然的，但次數(shù)很多時(shí)，正面向上或向下的概率是相等的.(2)氣體分子間的作用力很小，若沒有分子力作用，氣體分子將處于怎樣的自由狀態(tài)？答案無碰撞時(shí)氣體分子將做勻速直線運(yùn)動(dòng)，但由于分子之間的頻繁碰撞，使得氣體分子的速度大小和方向頻繁改變，運(yùn)動(dòng)變得雜亂無章.(3)溫度不變時(shí)，每個(gè)分子的速率都相同嗎？溫度升高，所有分子運(yùn)動(dòng)速率都增大嗎？答案分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，造成其速率有大有小.溫度升高時(shí)，所有分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率增大，即大部分分子的速率增大了，但也有少數(shù)分子的速率減小.1.對(duì)統(tǒng)計(jì)規(guī)律的理解(1)個(gè)別事物的出現(xiàn)具有偶然因素，但大量

7、事物出現(xiàn)的機(jī)會(huì)卻遵從一定的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.(2)從微觀角度看，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(yùn)動(dòng)步調(diào)，單獨(dú)來看，各個(gè)分子的運(yùn)動(dòng)都是不規(guī)則的，帶有偶然性，但從總體來看，大量分子的運(yùn)動(dòng)卻有一定的規(guī)律.2.氣體分子運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)(1)氣體分子之間的距離很大，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(dòng).所以氣體沒有確定的形狀和體積，其體積等于容器的容積.(2)分子的運(yùn)動(dòng)雜亂無章，在某一時(shí)刻，氣體分子沿各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)(機(jī)率)相等.(3)每個(gè)氣體分子都在做永不停息的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)，常溫下大多數(shù)氣體分子的速率都達(dá)到數(shù)百米每秒，在數(shù)量級(jí)上相當(dāng)于

8、子彈的速率.知識(shí)深化3.氣體溫度的微觀意義(1)溫度越高，分子的熱運(yùn)動(dòng)越激烈.(2)氣體分子速率呈“中間多、兩頭少”的規(guī)律分布.當(dāng)溫度升高時(shí)，某一分子在某一時(shí)刻它的速率不一定增加，但大量分子的平均速率一定增加，而且“中間多”的分子速率值增加(如圖2所示).圖2(3)理想氣體的熱力學(xué)溫度T與分子的平均動(dòng)能 成正比，即：Ta (式中a是比例常數(shù))，這表明，溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志.例1(多選)對(duì)于氣體分子的運(yùn)動(dòng)，下列說法正確的是A.一定溫度下某理想氣體的分子的碰撞雖然十分頻繁，但同一時(shí)刻，每個(gè)分子的速率都相等B.一定溫度下某理想氣體的分子速率一般不相等，但速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對(duì)較少C.一

9、定溫度下某理想氣體的分子做雜亂無章的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)出現(xiàn)某一時(shí)刻所有分子都朝同一方向運(yùn)動(dòng)的情況D.一定溫度下某理想氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，其中某10個(gè)分子的平均動(dòng)能可能減小解析一定溫度下某理想氣體分子碰撞十分頻繁，單個(gè)分子運(yùn)動(dòng)雜亂無章，速率不等，但大量分子的運(yùn)動(dòng)遵從統(tǒng)計(jì)規(guī)律，速率很大和速率很小的分子數(shù)目相對(duì)較少，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的分子數(shù)目相等，A、C錯(cuò)，B對(duì)；溫度升高時(shí)，大量分子平均動(dòng)能增大，但個(gè)別或少量(如10個(gè))分子的平均動(dòng)能有可能減小，D對(duì).總結(jié)提升氣體分子的運(yùn)動(dòng)是雜亂無章、無規(guī)則的，研究單個(gè)的分子無實(shí)際意義，我們研究的是大量分子的統(tǒng)計(jì)規(guī)律.例2(多選)(2019吉林省實(shí)驗(yàn)中學(xué)高二下期中)氧氣分子在

10、0 和100 溫度下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比隨氣體分子速率的變化分別如圖3中兩條曲線所示.下列說法正確的是A.圖中兩條曲線下面積相等B.圖中虛線對(duì)應(yīng)于氧氣分子平均動(dòng)能較小的情形C.圖中實(shí)線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在0 時(shí)的情形D.圖中曲線給出了任意單位速率間隔的氧氣分子數(shù)目圖3解析由題圖可知，在0 和100 兩種不同情況下單位速率間隔的分子數(shù)占總分子數(shù)的百分比與分子速率間的關(guān)系圖線與橫軸所圍面積都應(yīng)該等于1，即相等，故A正確；由題圖可知，具有最大比例的單位速率間隔，0 時(shí)對(duì)應(yīng)的速率小，故說明虛線對(duì)應(yīng)于氧氣分子在0 時(shí)的情形，實(shí)線為100 時(shí)的情形，故B正確，C錯(cuò)誤；圖中曲線給出了任意單位速

11、率間隔的氧氣分子占據(jù)的比例，但無法確定分子具體數(shù)目，故D錯(cuò)誤.氣體壓強(qiáng)的微觀意義二(1)如圖甲所示，密閉容器內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子間的斥力產(chǎn)生的嗎？導(dǎo)學(xué)探究答案不是，是分子撞擊器壁而產(chǎn)生的.(2)把一顆豆粒拿到臺(tái)秤上方約10 cm的位置，放手后使它落在秤盤上，觀察秤的指針的擺動(dòng)情況.如圖乙所示，再?gòu)南嗤叨劝?00?；蚋嗟亩沽＿B續(xù)地倒在秤盤上，觀察指針的擺動(dòng)情況.使這些豆粒從更高的位置落在秤盤上，觀察指針的擺動(dòng)情況.用豆粒做氣體分子的模型，試說明氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原理.答案氣體壓強(qiáng)的大小跟兩個(gè)因素有關(guān)：一個(gè)是氣體分子的平均動(dòng)能，一個(gè)是分子的密集程度.1.氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生單個(gè)分

12、子碰撞器壁的沖力是短暫的，但是大量分子頻繁地碰撞器壁，就會(huì)對(duì)器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力.所以從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來看，氣體的壓強(qiáng)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.決定氣體壓強(qiáng)大小的因素(1)微觀因素氣體分子的密集程度：氣體分子密集程度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)越大，在單位時(shí)間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就越多，氣體壓強(qiáng)就越大.知識(shí)深化氣體分子的平均動(dòng)能：氣體的溫度越高，氣體分子的平均動(dòng)能就越大，每個(gè)氣體分子與器壁碰撞時(shí)(可視為彈性碰撞)給器壁的沖力就越大；從另一方面講，分子的平均速率越大，在單位時(shí)間內(nèi)器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就越多，累計(jì)沖力就越大，氣體壓強(qiáng)就越大.(2)宏

13、觀因素與溫度有關(guān)：體積一定時(shí)，溫度越高，氣體的壓強(qiáng)越大.與體積有關(guān)：溫度一定時(shí)，體積越小，氣體的壓強(qiáng)越大.3.氣體壓強(qiáng)與大氣壓強(qiáng)的區(qū)別與聯(lián)系氣體壓強(qiáng)大氣壓強(qiáng)區(qū)別因密閉容器內(nèi)的氣體分子的密集程度一般很小，由氣體自身重力產(chǎn)生的壓強(qiáng)極小，可忽略不計(jì)，故氣體壓強(qiáng)由氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生大小由氣體分子的密集程度和溫度決定，與地球的引力無關(guān)氣體對(duì)上下左右器壁的壓強(qiáng)大小都是相等的由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對(duì)浸在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng).如果沒有地球引力作用，地球表面就沒有大氣，從而也不會(huì)有大氣壓強(qiáng)地面大氣壓強(qiáng)的值與地球表面積的乘積，近似等于地球大氣層所受的重力值大氣壓強(qiáng)最終還是通過分子碰撞實(shí)現(xiàn)對(duì)放入其中

14、的物體產(chǎn)生壓強(qiáng)聯(lián)系兩種壓強(qiáng)最終都是通過氣體分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物體而產(chǎn)生的例3(多選)一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)等溫壓縮，氣體的壓強(qiáng)增大，用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)分析，這是因?yàn)锳.氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力增大B.單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子碰撞的次數(shù)增多C.氣體分子的總數(shù)增加D.氣體分子的密集程度增大解析理想氣體經(jīng)等溫壓縮，壓強(qiáng)增大，體積減小，分子密集程度增大，則單位時(shí)間內(nèi)單位面積器壁上受到氣體分子的碰撞次數(shù)增多，但氣體分子每次碰撞器壁的平均沖力不變，故B、D正確，A、C錯(cuò)誤.對(duì)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋三(1)如何從微觀角度來解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律？答案從決定氣體壓強(qiáng)的微觀因素上來解釋，即

15、氣體分子的平均動(dòng)能和氣體分子的密集程度.導(dǎo)學(xué)探究(2)自行車的輪胎沒氣后會(huì)變癟，用打氣筒向里打氣，打進(jìn)去的氣越多，輪胎會(huì)越“硬”.你怎樣用分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來解釋這種現(xiàn)象？(假設(shè)輪胎的容積和氣體的溫度不發(fā)生變化)答案輪胎的容積不發(fā)生變化，隨著氣體不斷地打入，輪胎內(nèi)氣體分子的密集程度不斷增大，溫度不變意味著氣體分子的平均動(dòng)能沒有發(fā)生變化，單位時(shí)間內(nèi)單位面積上碰撞次數(shù)增多，故氣體壓強(qiáng)不斷增大，輪胎會(huì)越來越“硬”.1.用氣體分子動(dòng)理論解釋玻意耳定律一定質(zhì)量(m)的理想氣體，其分子總數(shù)(N)是一個(gè)定值，當(dāng)溫度(T)保持不變時(shí)，則分子的平均速率(v)也保持不變，當(dāng)其體積(V)增大為原來的n倍時(shí)，單位體積內(nèi)

16、的分子數(shù)(N0)則變?yōu)樵瓉淼膎分之一，因此氣體的壓強(qiáng)也減為原來的n分之一；反之若體積減小為原來的n分之一，壓強(qiáng)則增大為原來的n倍，即壓強(qiáng)與體積成反比.這就是玻意耳定律.2.用氣體分子動(dòng)理論解釋查理定律一定質(zhì)量(m)的氣體的總分子數(shù)(N)是一定的，體積(V)保持不變時(shí)，其單位體積內(nèi)的分子數(shù)(N0)也保持不變，當(dāng)溫度(T)升高時(shí)，其分子運(yùn)動(dòng)的平均速率(v)也增大，則氣體壓強(qiáng)(p)也增大；反之當(dāng)溫度(T)降低時(shí)，氣體壓強(qiáng)(p)也減小.這與查理定律的結(jié)論一致.知識(shí)深化3.用氣體分子動(dòng)理論解釋蓋呂薩克定律一定質(zhì)量(m)的理想氣體的總分子數(shù)(N)是一定的，要保持壓強(qiáng)(p)不變，當(dāng)溫度(T)升高時(shí)，氣體分子運(yùn)動(dòng)的平均速率(v)會(huì)增加，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)(N0)一定要減小(否則壓強(qiáng)不可能不變)，因此氣體體積(V)一定增大；反之當(dāng)溫度降低時(shí)，同理可推出氣體體積一定減小.這與蓋呂薩克定律的結(jié)論是一致的.例4(多選)關(guān)于一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法中正確的是A.體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大B.溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體的密集程度一定減小C.壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體的密集程度一定減小D.溫度升高，壓強(qiáng)和體積可