届高考物理总复习124气体热现象的微观意义学案Word文件下载.docx

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3.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能

k成正比，即：

T＝a

k（式中a是比例常数），这表明，温度是分子平均动能的标志。

思考判断

（1）气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大。

（×

）

（2）当温度发生变化时，气体分子的速率不再是“中间多，两头少”。

（3）某一时刻一个分子的速度大小和方向是偶然的。

（√）

（4）温度相同时，各种气体分子的平均速度都相同。

三、气体压强的微观意义

1.气体压强的大小等于气体作用在器壁单位面积上的压力。

2.产生原因：

大量气体分子对器壁的碰撞引起的。

3.决定因素：

（1）微观上决定于分子的平均动能和分子的密集程度，

（2）宏观上决定于气体的温度T和体积V。

（1）密闭容器中气体的压强是由气体的重力而产生的。

（2）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。

（3）温度越高，气体的压强越大。

（4）气体压强由气体的体积和气体的密度决定。

（5）气体分子的平均动能越大，分子越密集，气体压强越大。

四、对气体实验定律的微观解释

1.玻意耳定律的微观解释

一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能不变。

体积减小时，分子的密集程度增大，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数就增多，气体的压强就增大。

2.查理定律的微观解释

一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的密集程度保持不变，温度升高时，分子的平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大。

3.盖—吕萨克定律的微观解释

一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需使影响压强的另一个因素分子的密集程度减小，所以气体的体积增大。

（1）一定质量的某种理想气体，若T不变，p增大，则V减小，是由于分子撞击器壁的作用力变大。

（2）一定质量的某种理想气体，若p不变，V增大，则T增大，是由于分子密集程度减小，要使压强不变，分子的平均动能增大。

（3）一定质量的某种理想气体，若V不变，T增大，则p增大，是由于分子密集程度不变，分子平均动能增大，而使单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，气体压强增大。

　对气体分子运动特点的理解

[要点归纳]　

1.气体的微观结构特点

（1）气体分子间的距离较大，大于10r0（10－9m），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。

（1）标准状态下1cm3气体中的分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10－8m），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。

[精典示例]

[例1]如图2是氧气分子在不同温度下的速率分布规律图，横坐标表示速率，纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比，由图可知（　　）

图2

A.同一温度下，氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律

B.随着温度的升高，每一个氧气分子的速率都增大

C.随着温度的升高，氧气分子中速率小的分子所占的比例增大

D.①状态的温度比②状态的温度高

解析　同一温度下，中等速率的氧气分子数所占的比例大，即氧气分子呈现“中间多，两头少”的分布规律，故A正确；

温度升高使得氧气分子的平均速率增大，不一定每一个氧气分子的速率都增大，B错误；

随着温度的升高，氧气分子中速率大的分子所占的比例增大，从而使分子平均动能增大，故C错误；

由图可知，②中速率大分子占据的比例较大，则说明②对应的平均动能较大，故②对应的温度较高，故D错误。

答案　A

误区警示　

（1）在一定温度下，所有气体分子的速率都呈“中间多、两头少”的分布。

（2）并不是所有分子的速率随温度升高都增大。

[针对训练1]（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，其中少量（如10个）分子的平均动能可能减小

解析　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，速率大和速率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。

答案　BD

　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均作用力。

2.决定气体压强大小的因素

（1）微观因素

①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。

②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的碰撞给器壁的冲力就越大；

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次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。

（2）宏观因素

①与温度有关：

温度越高，气体的压强越大。

②与体积有关：

体积越小，气体的压强越大。

3.密闭气体压强与大气压强不同

（1）密闭气体压强

因密闭容器中的气体密度一般很小，由于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，大小由气体的分子密度和温度决定，与地球的引力无关，气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。

（2）大气压强

大气压强是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。

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。

[例2]下列说法正确的是（　　）

A.气体对器壁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

B.气体对器壁的压强等于大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力

C.气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小

D.单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大

解析　气体压强为气体分子对器壁单位面积的撞击力，故A正确，B错误；

气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子密集程度有关，故C、D错误。

气体压强问题的解题思路

（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的碰撞。

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）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，任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化。

[针对训练2]（多选）一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为（　　）

A.气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大

B.单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多

C.气体分子的总数增加

D.气体分子的密集程度增大

解析　理想气体经等温压缩，压强增大，体积减小，分子密度增大，则单位时间内单位面积器壁上受到气体分子的碰撞次数增多，但气体分子每次碰撞器壁的平均冲力不变，故B、D正确，A、C错误。

　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3所示。

图3

2.查理定律

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；

温度降低，压强减小。

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4所示。

图4

3.盖—吕萨克定律

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。

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5所示。

图5

[例3]（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，压强和体积都可能不变

解析　根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，温度升高，气体分子的平均动能一定增大，选项A正确；

温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密度减小，选项B正确；

压强不变，温度降低时，体积减小，气体密度增大，选项C错误；

温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，选项D错误。

答案　AB

（1）对一定质量的理想气体来说，体积不变时，分子密度不变，体积增大时，分子密度减小，体积减小时，分子密度增大。

即分子总数一定时，分子密度与气体的体积有关。

（2）气体的三个状态参量如果有变化，至少有其中两个会同时变化，从微观的角度可以这样理解：

压强变化时，分子密度和分子平均动能两个量中至少有一个发生了变化，即体积和温度中的一个发生变化；

压强不变时，若分子密度发生变化，则分子平均动能一定同时发生变化。

[针对训练3]下列说法正确的是（　　）

A.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积减小而增大的微观原因是每个分子撞击器壁的作用力增大

B.一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积增大而减少的微观原因是单位体积内的分子数减少

C.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是每个分子动能都增大

D.一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是分子的密度增大

解析　决定气体压强大小的微观因素是分子密集程度和分子平均动能，宏观上体现在体积和温度上。

若温度不变，压强随分子密度的变化而变化，A错误，B正确；

若体积不变，压强随分子平均动能的变化而变化，C、D错误。

答案　B

1.（分子速率分布规律）（多选）如图6所示，表示一定质量氧气分子在0℃和100℃两种不同情况下速率分布情况，由图可以判断以下说法正确的是（　　）

图6

A.温度升高，所有分子运动速率变大

B.温度越高，分子平均速率越小

C.0℃和100℃氧气分子速率都呈现“中间多、两头少”的分布特点

D.100℃的氧气与0℃氧气相比，速率大的分子数比例较多

解析　由图象的意义及特点可知C、D正确；

温度升高，平均速率变大，但具体到某个分子速率可能变大、不变或变小，A、B错误。

答案　CD

2.（气体压强的理解）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　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，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，故D正确。

答案　D

3.（气体压强的微观解释）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　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，分子与器壁的平均冲击力增大，单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数应减小，压强才可能保持不变。

4.（气体实验定律的微观解释）对于一定质量的某种理想气体，若用N表示单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数，则（　　）

A.当体积减小时，N必定增加

B.当温度升高时，N必定增加

C.当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化

D.当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变

解析　由于气体压强是由大量气体分子对器壁的碰撞作用产生的，其值与分子密集程度及分子平均速率有关；

对于一定质量的气体，压强与温度和体积有关。

若压强不变而温度和体积发生变化（即分子密集程度发生变化时），N一定变化，故C正确，D错误；

若体积减小且温度也减小，N不一定增加，A错误；

当温度升高，同时体积增大时，N也不一定增加，故B错误。

答案　C

基础过关

1.（多选）关于气体分子，下列说法中正确的是（　　）

A.由于气体分子间的距离很大，气体分子可以视为质点

B.气体分子除了碰撞以外，可以自由地运动

C.气体分子之间存在相互斥力，所以气体对容器壁有压强

D.在常温常压下，气体分子的相互作用力可以忽略

解析　通常情况下，分子间距离较大，相互作用力可以忽略，气体分子能否视为质点应视具体问题而定，A错误，D正确；

气体分子间除相互碰撞及与器壁的碰撞外，不受任何力的作用，可自由移动，B正确；

气体对器壁的压强是由大量分子碰撞器壁产生，C错误。

2.决定气体压强大小的因素，下列说法中正确的是（　　）

A.气体的体积和气体的密度

B.气体的质量和气体的种类

C.气体分子数密度和气体的温度

D.气体分子质量和气体分子的速度

解析　从微观角度来看，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，另一个是分子的密集程度。

而温度是分子热运动的平均动能的标志，C正确。

3.（多选）一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，体积增大，则（　　）

A.气体分子的平均动能增大

B.气体分子的平均动能减小

C.气体分子的平均动能不变

D.分子密集程度减小，平均速率增大

解析　一定质量的理想气体，在压强不变时，由盖—吕萨克定律

＝C可知，体积增大，温度升高，所以气体分子的平均动能增大，平均速率增大，分子密集程度减小，A、D正确，B、C错误。

答案　AD

4.对于一定质量的气体，下列叙述中正确的是（　　）

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多

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多

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多

D.如果分子数密度增大，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多

解析　气体分子在单位时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D都是单位体积内的分子数增多，但分子的平均速率如何变化却不知道；

选项C由温度升高可知分子的平均速率增大，但单位体积内的分子数如何变化未知，所以选项A、C、D错误；

气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数正是气体压强的微观表现，同时温度又不变，所以选项B正确。

5.（多选）对于一定质量的气体，当它的压强和体积发生变化时，以下说法正确的是（　　）

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

6.某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图1所示，图中f（v）表示v处单位速率区间内的分子数百分率，所对应的温度分别为TⅠ、TⅡ、TⅢ，则（　　）

A.TⅠ＞TⅡ＞TⅢ

B.TⅢ＞TⅡ＞TⅠ

C.TⅡ＞TⅠ，TⅡ＞TⅢ

D.TⅠ＝TⅡ＝TⅢ

解析　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，分子的平均速率增大，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TⅢ＞TⅡ＞TⅠ。

选项B正确。

7.下列关于气体分子运动的特点，正确的说法是（　　）

A.气体分子运动的平均速率与温度有关

B.当温度升高时，气体分子的速率分布不再是“中间多，两头少”

C.气体分子的运动速率可由牛顿运动定律求得

D.气体分子的平均速度随温度升高而增大

解析　气体分子的运动与温度有关，温度升高时，平均速率变大，但仍遵循“中间多、两头少”的统计规律，A正确，B错误；

分子运动无规则，而且牛顿运动定律是宏观定律，不能用它来求微观分子的运动速率，C错误；

大量分子向各个方向运动的概率相等，所以稳定时，平均速度几乎为零，与温度无关，D错误。

能力提升

8.一定质量的某种理想气体的压强为p，热力学温度为T，单位体积内的气体分子数为n，则（　　）

A.p增大，n一定增大

B.T减小，n一定增大

C.

增大时，n一定增大

D.

增大时，n一定减小

解析　只有p或T增大，不能得出体积的变化情况，A、B错误；

增大，V一定减小，单位体积内的气体分子数一定增加，C正确，D错误。

9.如图2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.气体的分子平均速率减少

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　从p－V图象中的AB图线看，气体由状态A变到状态B为等容变化，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，所以压强增大温度升高，故A错误；

一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，气体的温度升高，内能增加，故B正确；

气体的温度升高，分子平均速率增大，故C错误；

气体压强增大，则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加，故D错误。

10.（多选）对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　）

A.温度升高，气体中每个分子的动能都增大

B.在任一温度下，气体分子的速率分布都呈现“中间多、两头少”的分布规律

C.从微观角度看，气体的压强取决于气体分子的平均动能和分子的密集程度

D.温度不变时，气体的体积减小，压强一定增大

E.气体的压强由分子密集程度、分子平均动能、重力共同决定

解析　温度升高时，分子平均动能增大，但每个分子的动能不一定都增大，A错误；

气体分子的速率分布规律是“中间多、两头少”，B正确；

气体的压强由分子密集程度和分子平均动能决定，与重力无关，C正确，E错误；

温度不变，体积减小时，由玻意耳定律可知，压强一定增大，D正确。

答案　BCD

11.（多选）[2017·

全国卷Ⅰ，33

（1）]氧气分子在0℃和100℃温度下单位速率间隔的分子数占总分子数的百分比随气体分子速率的变化分别如图3中两条曲线所示。

下列说法正确的是（　　）

A.图中两条曲线下面积相等

B.图中虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形

C.图中实线对应于氧气分子在100℃时的情形

D.图中曲线给出了任意速率区间的氧气分子数目

E.与0℃时相比，100℃时氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比较大

解析　根据图线的物理意义可知，曲线下的面积表示总分子数，所以图中两条曲线下面积相等，选项A正确；

温度是分子平均动能的标志，且温度越高，速率大的分子比例较大，所以图中实线对应于氧气分子平均动能较大的情形，虚线对应于氧气分子平均动能较小的情形，选项B、C正确；

根据曲线不能求出任意区间的氧气分子数目，选项D错误；

由图线可知100℃时的氧气分子速率出现在0～400m/s区间内的分子数占总分子数的百分比比0℃时的百分比小，选项E错误。

答案　ABC

12.一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化。

已知VA＝0.3m3，TA＝TC＝300K，TB＝400K。

（1）求气体在状态B时的体积；

（2）说明B→C过程压强变化的微观原因。

解析　

（1）设气体在B状态时的体积为VB，由盖—吕萨克定律得，

＝

，代入数据得VB＝0.4m3。

（2）微观原因：

从B→C过程，气体体积不变，分子密集程度不变，温度变小，气体分子平均动能减小，导致气体压强减小。

答案　

（1）0.4m3

（2）气体体积不变，分子密集程度不变，温度变小，气体分子平均动能减小，导致气体压强减小