2019_2020學(xué)年高中物理第4章氣體第2節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋學(xué)案魯科版.docx

第2節(jié)氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋1.知道理想氣體模型和氣體壓強(qiáng)的微觀意義(重點(diǎn))2.能用分子動理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律(難點(diǎn))一、理想氣體1定義嚴(yán)格遵從三個(gè)實(shí)驗(yàn)定律的氣體2理想氣體的微觀特點(diǎn)(1)分子大小與分子間距相比，可以忽略不計(jì)(2)除碰撞外，分子間的相互作用可以忽略不計(jì)(3)理想氣體不存在分子勢能，其內(nèi)能等于所有分子熱運(yùn)動動能的總和(4)理想氣體的內(nèi)能只與氣體的溫度有關(guān)，而與氣體的體積無關(guān)3理想氣體的壓強(qiáng)(1)從分子動理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)看，理想氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子不斷碰撞容器壁的結(jié)果，氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上產(chǎn)生的平均作用力(2)微觀上，理想氣體壓強(qiáng)與單位體積的分子數(shù)和分子的平均動能有關(guān)(3)宏觀上，一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)與體積和溫度有關(guān)1(1)理想氣體是為了研究問題的方便提出的一種理想模型()(2)任何氣體都可看作理想氣體()(3)實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大，溫度不太低的條件下可視為理想氣體()提示：(1)(2)(3)二、對氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋1玻意耳定律一定質(zhì)量的氣體，溫度保持不變時(shí)，分子的平均動能是一定的在這種情況下，體積減小時(shí)，分子的密集程度增大，氣體的壓強(qiáng)就增大2查理定律一定質(zhì)量的氣體，體積保持不變時(shí)，分子的密集程度保持不變在這種情況下，溫度升高時(shí)，分子的平均動能增大，氣體的壓強(qiáng)就增大3蓋呂薩克定律一定質(zhì)量的氣體，溫度升高時(shí)，分子的平均動能增大只有氣體的體積同時(shí)增大，使分子的密集程度減小，才能保持壓強(qiáng)不變2(1)一定質(zhì)量的理想氣體，溫度不變，體積不變，壓強(qiáng)增大()(2)一定質(zhì)量的理想氣體，溫度、壓強(qiáng)、體積可以同時(shí)變化()(3)一定質(zhì)量的理想氣體，三個(gè)狀態(tài)參量中可以只有兩個(gè)變化()提示：(1)(2)(3)理想氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因和決定因素1理想氣體(1)宏觀上講，理想氣體是指在任何條件下始終遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體，實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太大、溫度不太低的條件下，可視為理想氣體(2)微觀上講，理想氣體應(yīng)有如下性質(zhì)：分子間除碰撞外無其他作用力；分子本身沒有體積，即它所占據(jù)的空間認(rèn)為都是可以被壓縮的空間顯然這樣的氣體是不存在的，只是實(shí)際氣體在一定程度上的近似(3)從能量上看，理想氣體的微觀本質(zhì)是忽略了分子力，所以其狀態(tài)無論怎么變化都沒有分子力做功，即沒有分子勢能的變化，于是理想氣體的內(nèi)能只有分子動能，不考慮分子勢能，即一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能完全由溫度決定2氣體壓強(qiáng)的產(chǎn)生原因和決定因素(1)產(chǎn)生原因大量做無規(guī)則熱運(yùn)動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞產(chǎn)生氣體的壓強(qiáng)單個(gè)分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，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力所以從分子動理論的觀點(diǎn)來看，氣體的壓強(qiáng)就等于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)大小的因素微觀因素a氣體分子的密度：氣體分子密度(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b氣體分子的平均動能：氣體的溫度越高，氣體分子的平均動能就越大，每個(gè)氣體分子與器壁碰撞(可視作彈性碰撞)時(shí)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)間里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)就越大宏觀因素a與溫度有關(guān)：在體積不變的情況下，溫度越高，氣體的平均動能越大，氣體的壓強(qiáng)越大；b與體積有關(guān)：在溫度不變的情況下，體積越小，氣體分子的密度越大，氣體的壓強(qiáng)越大；c整體來看，升高溫度以提高分子的平均動能和減小體積以增大分子的密集程度對改變氣體的壓強(qiáng)是等效的封閉氣體壓強(qiáng)和大氣壓強(qiáng)的區(qū)別封閉容器中的氣體體積一般很小，由自身重力產(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，大小由氣體的密度和溫度決定，與地球的引力無關(guān)，氣體對上下左右器壁的壓強(qiáng)都是大小相等的大氣壓強(qiáng)是由于空氣受到重力作用緊緊包圍地球而對在它里面的物體產(chǎn)生的壓強(qiáng)，地面大氣壓與地球表面積的乘積近似等于地球大氣層所受的重力，在地面附近的大氣壓隨高度的增加而減小對于一定質(zhì)量的氣體，下列四個(gè)論述中正確的是()A當(dāng)分子熱運(yùn)動變劇烈時(shí)，壓強(qiáng)必增大B當(dāng)分子熱運(yùn)動變劇烈時(shí)，壓強(qiáng)可以不變C當(dāng)分子間平均距離變大時(shí)，壓強(qiáng)必變大D當(dāng)分子間平均距離變大時(shí)，壓強(qiáng)必變小思路點(diǎn)撥從微觀角度看，氣體的壓強(qiáng)是由氣體分子的平均動能和單位體積里氣體分子數(shù)共同決定的，不能單方面作出氣體壓強(qiáng)變化的結(jié)論 解析當(dāng)分子的熱運(yùn)動變劇烈時(shí)，分子的平均動能、平均速率變大，可能使氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)有增大的趨勢；如果同時(shí)氣體的體積也增大，這將使分子的密集程度減小，使氣體的壓強(qiáng)有減小的趨勢，因此只告訴分子的熱運(yùn)動變劇烈這一條件，氣體的壓強(qiáng)是變大、變小還是不變是不確定的同理，當(dāng)分子間的平均距離增大時(shí)，分子的密集程度減小，可能使氣體的壓強(qiáng)有減小的趨勢；若同時(shí)氣體的溫度升高，分子的平均速率增大，將使每次的碰撞對器壁的沖力增大，使氣體的壓強(qiáng)有增大的趨勢顯然在只知道分子間的平均距離增大的情況下，無法確定壓強(qiáng)的變化情況，故B正確答案B1.(多選)一定質(zhì)量的理想氣體，在狀態(tài)變化后密度增大為原來的4倍，氣體的壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫度與原來相比可能是()A壓強(qiáng)是原來的4倍，溫度是原來的2倍B壓強(qiáng)和溫度都為原來的2倍C壓強(qiáng)是原來的8倍，溫度是原來的2倍D壓強(qiáng)不變，溫度是原來的解析：選CD.密度增大為原來的4倍，則體積變?yōu)樵瓉淼模鶕?jù)C，A、B錯(cuò)誤，C、D正確氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋1玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大；體積增大，壓強(qiáng)減小(2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動能不變體積減小，分子越密集，單位時(shí)間內(nèi)撞到器壁單位面積上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強(qiáng)就越大2查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變時(shí)，溫度升高，壓強(qiáng)增大；溫度降低，壓強(qiáng)減小(2)微觀解釋：體積不變，則分子密度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強(qiáng)增大3蓋呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高，體積增大；溫度降低，體積減小(2)微觀解釋：溫度升高，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強(qiáng)不變，則需使壓強(qiáng)的另一個(gè)因素分子密度減小，所以氣體的體積增大(1)溫度不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增加(2)體積不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體溫度升高，分子平均動能增大(3)壓強(qiáng)不變時(shí)，一定質(zhì)量的氣體溫度升高，氣體體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少(多選)對于一定質(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)，氣體分子的平均動能一定增大B溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體分子的密集程度一定減小C壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體分子的密集程度一定減小D溫度升高，壓強(qiáng)和體積可能都不變思路點(diǎn)撥決定氣體壓強(qiáng)大小的因素：氣體分子的密度，氣體分子的平均動能 解析根據(jù)氣體壓強(qiáng)、體積、溫度的關(guān)系可知，體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體分子的平均動能一定增大，選項(xiàng)A正確溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體體積增大，氣體分子的密集程度減小，B正確壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，體積減小，氣體分子的密集程度增大，C錯(cuò)誤溫度升高，壓強(qiáng)、體積中至少有一個(gè)發(fā)生改變，D不正確綜上所述，正確選項(xiàng)為A、B.答案AB2.(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，用分子動理論的觀點(diǎn)分析，這是因?yàn)?)A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氣體分子的密度增大解析：選BD.氣體經(jīng)等溫壓縮，溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度不變，分子平均動能不變，故氣體分子每次碰撞器壁的沖力不變，A錯(cuò)；由玻意耳定律知?dú)怏w體積減小、分子密度增加，故單位時(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，B對；氣體體積減小、密度增大，但分子總數(shù)不變，C錯(cuò)，D對變質(zhì)量問題的處理方法對于變質(zhì)量問題，直接應(yīng)用氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體狀態(tài)方程顯然不合適，關(guān)鍵是如何靈活選擇研究對象，將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為一定質(zhì)量問題，可取原有氣體為研究對象，也可以選擇剩余氣體為研究對象，始末狀態(tài)參量必須對同一部分氣體可想象“放出”或“漏掉”的氣體與剩余氣體的狀態(tài)相同，將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題，然后利用氣體實(shí)驗(yàn)定律或理想氣體的狀態(tài)方程，就可以確定剩余氣體與“放出”或“漏掉”氣體的體積、質(zhì)量關(guān)系，從而確定剩余氣體和原有氣體間的狀態(tài)變化關(guān)系貯氣筒的容積為100 L，貯有溫度為27 、壓強(qiáng)為30 atm的氫氣，使用后溫度降為20 ，壓強(qiáng)降為20 atm，求用掉的氫氣占原有氣體的百分比？解析法一：選取筒內(nèi)原有的全部氫氣為研究對象，且把沒用掉的氫氣包含在末狀態(tài)中，則初狀態(tài)p130 atm，V1100 L，T1300 K；末狀態(tài)p220 atm，V2？，T2293 K，根據(jù)得，V2 L146.5 L.用掉的占原有的百分比為31.7%.法二：取剩下的氣體為研究對象初狀態(tài)：p130 atm，體積V1？，T1300 K末狀態(tài)：p220 atm，體積V2100 L，T2293 K由得V1L68.3 L用掉的占原有的百分比為31.7%.答案31.7%3.一容器有一小孔與外界相通，溫度為27 時(shí)容器中氣體的質(zhì)量為m，若使溫度升高到127 ，容器中氣體的質(zhì)量為多少？解析：設(shè)容器容積為V，逸出的氣體和容器內(nèi)剩余氣體的總體積為V，氣體做等壓變化由蓋呂薩克定律得：，即所以V.即127 時(shí)氣體的總體積為，由于剩余氣體體積為V，由mV得：，m剩m.答案：m隨堂檢測1對于一定質(zhì)量的氣體，下列說法正確的是()A玻意耳定律對任何壓強(qiáng)的氣體都適用B蓋呂薩克定律對任意溫度的氣體都適用C常溫常壓下的各種氣體，可以當(dāng)做理想氣體D在壓強(qiáng)不變的情況下，它的體積跟溫度成正比解析：選C.玻意耳定律、蓋呂薩克定律都是在氣體的壓強(qiáng)不太大，溫度不太低的條件下適用，A、B和D都錯(cuò)誤；在常溫常壓下的各種氣體都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律，可以當(dāng)做理想氣體，C正確2(多選)封閉在容積不變的容器中的氣體，當(dāng)溫度升高時(shí)，則氣體的()A分子的平均速率增大B氣體對器壁的壓強(qiáng)變大C分子的平均速率減小D氣體對器壁的壓強(qiáng)變小解析：選AB.單位體積內(nèi)的分子數(shù)不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，分子的平均動能增大，氣體對器壁的壓強(qiáng)變大，A、B選項(xiàng)正確3.如圖為一定質(zhì)量理想氣體的壓強(qiáng)p與體積V關(guān)系圖象，它由狀態(tài)A經(jīng)等容過程到狀態(tài)B，再經(jīng)等壓過程到狀態(tài)C.設(shè)A、B、C狀態(tài)對應(yīng)的溫度分別為TA、TB、TC，則下列關(guān)系式中正確的是()ATATB，TBTCBTATB，TBTCCTATB，TBTCDTATB，TBTC解析：選C.由題中圖象可知，氣體由A到B過程為等容變化，由查理定律得，pApB，故TATB；由B到C過程為等壓變化，由蓋呂薩克定律得，VBVC，故TBV1，故有氣體從房間內(nèi)流出，房間內(nèi)氣體質(zhì)量m2m125 kg23.8 kg.答案：23.8 kg課時(shí)作業(yè)一、單項(xiàng)選擇題1關(guān)于理想氣體，下列說法中不正確的是()A理想氣體的分子間沒有分子力B理想氣體是嚴(yán)格遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體模型C理想氣體是一種理想化的模型，沒有實(shí)際意義D實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的情況下，可看成理想氣體解析：選C.人們把嚴(yán)格遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體叫做理想氣體，故B正確理想氣體分子間沒有分子力，是一種理想化的模型，在研究氣體的狀態(tài)變化特點(diǎn)時(shí)忽略次要因素，使研究的問題簡潔、明了，故A正確，C錯(cuò)誤在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大時(shí)，實(shí)際氣體可看成理想氣體，故D正確2.如圖是一定質(zhì)量的某種氣體的等壓線，等壓線上的a、b兩個(gè)狀態(tài)比較，下列說法正確的是()A在相同時(shí)間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)，b狀態(tài)較多B在相同時(shí)間內(nèi)撞在單位面積上的分子數(shù)，a狀態(tài)較多C在相同時(shí)間內(nèi)撞在相同面積上的分子數(shù)，兩狀態(tài)一樣多D單位體積的分子數(shù)，兩狀態(tài)一樣多解析：選B.b狀態(tài)比a狀態(tài)體積大，故單位體積分子數(shù)b比a少，D錯(cuò)；b狀態(tài)比a狀態(tài)溫度高，其分子平均動能大，而a、b壓強(qiáng)相等，故相同時(shí)間內(nèi)撞到單位面積上的分子數(shù)a狀態(tài)較多，B對3下列說法中正確的是()A氣體的溫度升高時(shí)，分子的熱運(yùn)動變得劇烈，分子的平均動能增大，撞擊器壁時(shí)對器壁的作用力增大，從而氣體的壓強(qiáng)一定增大B氣體的體積變小時(shí)，單位體積的分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)打到器壁單位面積上的分子數(shù)增多，從而氣體的壓強(qiáng)一定增大C壓縮一定量的氣體，氣體的壓強(qiáng)一定增加D分子a從遠(yuǎn)處趨近固定不動的分子b，當(dāng)a到達(dá)受b的作用力為零處時(shí)，a的動能一定最大解析：選D.根據(jù)氣體壓強(qiáng)的微觀意義，氣體壓強(qiáng)由溫度和體積兩個(gè)因素決定，故A、B、C錯(cuò)誤分子之間同時(shí)存在引力和斥力，b對a的作用力等于引力和斥力的合力，a趨近b時(shí)，作用力先由引力變?yōu)榱?，再變?yōu)槌饬χ饾u增大，當(dāng)分子a從遠(yuǎn)處趨近于固定不動的分子b而到達(dá)受b的作用力為零處時(shí)，分子力為引力，且做正功，故D正確4對一定質(zhì)量的理想氣體，用p、V、T分別表示其壓強(qiáng)、體積和溫度，則有()A若T不變，p增大，則分子熱運(yùn)動的平均動能增大B若p不變，V增大，則分子熱運(yùn)動的平均動能減小C若p不變，T增大，則單位體積中的分子數(shù)減小D若V不變，p減小，則單位體積中的分子數(shù)減小解析：選C.溫度不變，則分子熱運(yùn)動的平均動能不變，A項(xiàng)錯(cuò)；體積不變，由于氣體分子的總數(shù)不變，則單位體積中的分子數(shù)不變，D選項(xiàng)錯(cuò)誤；壓強(qiáng)不變，如溫度升高，分子熱運(yùn)動的平均動能增大，則單位體積內(nèi)分子數(shù)減少，即體積增大，C選項(xiàng)正確，B選項(xiàng)錯(cuò)誤5一定質(zhì)量的理想氣體，在壓強(qiáng)不變的條件下，溫度升高，體積增大，從分子動理論的觀點(diǎn)來分析，正確的是()A此過程中分子的平均速率不變，所以壓強(qiáng)保持不變B此過程中每個(gè)氣體分子碰撞器壁的平均沖擊力不變，所以壓強(qiáng)保持不變C此過程中單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對單位面積器壁的碰撞次數(shù)不變，所以壓強(qiáng)保持不變D以上說法都不對解析：選D.壓強(qiáng)與單位時(shí)間內(nèi)碰撞到器壁單位面積的分子數(shù)和每個(gè)分子的沖擊力有關(guān)，溫度升高，分子與器壁的撞擊力增大，單位時(shí)間內(nèi)碰撞的分子數(shù)要減小，壓強(qiáng)才可能保持不變6.一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)a經(jīng)b變化到c，如圖所示，則下圖中能正確反映出這一變化過程的是()解析：選C.由題圖知：ab過程為氣體等容升溫，壓強(qiáng)增大，bc過程為氣體等溫降壓，根據(jù)玻意耳定律，體積增大，由此可知C項(xiàng)正確二、多項(xiàng)選擇題7兩個(gè)相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種理想氣體，已知容器中氣體的壓強(qiáng)不相同，則下列判斷中正確的是()A壓強(qiáng)小的容器中氣體的溫度比較高B壓強(qiáng)大的容器中氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)比較少C壓強(qiáng)小的容器中氣體分子的平均動能比較小D壓強(qiáng)大的容器中氣體分子對器壁單位面積的平均作用力比較大解析：選CD.相同的容器分別裝有等質(zhì)量的同種氣體，說明它們所含的分子總數(shù)相同，即分子數(shù)密度相同，B錯(cuò)；壓強(qiáng)不同，一定是因?yàn)閮扇萜鳉怏w分子平均動能不同造成的，壓強(qiáng)小的容器中分子的平均動能一定較小，溫度較低，故A錯(cuò)，C對；壓強(qiáng)大的容器中氣體分子對器壁單位面積的平均作用力比較大，故D項(xiàng)正確8一定質(zhì)量的理想氣體，初始狀態(tài)為p、V、T，經(jīng)過一系列狀態(tài)變化后，壓強(qiáng)仍為p，則下列過程中可以實(shí)現(xiàn)的是()A先等溫膨脹，再等容降溫B先等溫壓縮，再等容降溫C先等容升溫，再等溫壓縮D先等容降溫，再等溫壓縮解析：選BD.根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程C，若經(jīng)過等溫膨脹則T不變，V增大，再經(jīng)等容降溫則V不變，T減小，則由C可知，V增大，T減小，p一定變化，A項(xiàng)不正確；同理可以判斷出C項(xiàng)不正確，B、D項(xiàng)正確9甲、乙兩個(gè)相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種氣體，已知甲、乙容器中氣體的壓強(qiáng)分別為p甲、p乙，且p甲p乙則()A甲容器中氣體的溫度高于乙容器中氣體的溫度B甲容器中氣體的溫度低于乙容器中氣體的溫度C甲容器中氣體分子的平均動能小于乙容器中氣體分子的平均動能D甲容器中氣體分子的平均動能大于乙容器中氣體分子的平均動能解析：選BC.根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程可知，因?yàn)閜甲p乙，且V甲V乙，則可判斷出T甲T乙，B正確；氣體的溫度直接反映出氣體分子的平均動能的大小，C正確10.如圖所示，用活塞把一定質(zhì)量的理想氣體封閉在汽缸中，用水平外力F作用于活塞桿，使活塞緩慢向右移動，由狀態(tài)變化到狀態(tài)，如果環(huán)境保持恒溫，分別用p、V、T表示該理想氣體的壓強(qiáng)、體積、溫度氣體從狀態(tài)變化到狀態(tài)，此過程可用圖中的哪幾個(gè)圖象表示()解析：選AD.由題意知，由狀態(tài)到狀態(tài)過程中，溫度不變，體積增大，根據(jù)C可知壓強(qiáng)將減小對A圖象進(jìn)行分析，