【物理】2018届一轮复习人教版13-10气体热现象的微观意义学案
专题13.10 气体热现象的微观意义
课前预习 ● 自我检测
1. (多选) 封闭在汽缸内一定质量的理想气体，如果保持体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是( )
A．气体的密度增大
B．气体的压强增大
C．气体分子的平均动能减小
D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
【答案】 BD
【解析】 由理想气体状态方程＝C(常量)可知，当体积不变时，＝常量，T升高时，压强增大，B正确；由于质量不变，体积不变，分子密度不变，而温度升高，分子的平均动能增加，所以单位时间内气体分子对容器壁碰撞次数增多，D正确，A、C错误．
2. 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
【答案】 C
3. (多选)如图所示，c、d表示一定质量的某种气体的两个状态，则关于c、d两状态的下列说法中正确的是( )
A．压强pd>pc
B．温度Td
Vc
D．d状态时分子运动剧烈，分子密度大
【答案】 AB
课堂讲练 ● 典例分析
【要点提炼】
一、气体分子运动的特点
1．随机性与统计规律
(1)随机事件：在一定条件下可能出现，也可能不出现的事件．
(2)统计规律：大量随机事件整体表现出的规律．
2．气体分子运动的特点
(1)由于气体分子间的距离比较大，分子间作用力很弱．通常认为，气体分子除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速直线运动，因而气体会充满它能达到的整个空间．
(2)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，而且向各个方向运动的气体分子数目都相等．
3．气体温度的微观意义
(1)温度越高，分子的热运动越激烈．
(2)气体分子速率呈“中间多、两头少”的规律分布．当温度升高时，对某一分子在某一时刻它的速率不一定(填“一定”或“不一定”)增加，但大量分子的平均速率一定(填“一定”或“不一定”)增加，而且“中间多”的分子速率值在增加(如图所示)．
(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＝ak(式中a
是比例常数)，这表明，温度是分子平均动能的标志．
【典例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，其中某10个分子的平均动能可能减小
【答案】 BD
【典例2】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__________．(填选项前的字母)
A．曲线① B．曲线②
C．曲线③ D．曲线④
【答案】 D
【解析】 据分子运动特点和速率分布可知A、B、C错误，D正确．
二 气体压强
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．大气压强的理解
大气压强可以从宏观和微观两个方面理解：宏观上，可以看做由大气的重力引起的；微观上，可以认为是大气分子对地面或对某一平面无规则的碰撞引起的．
【典例3】 下列说法正确的是( )
A．气体对器壁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
B．气体对器壁的压强就是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
【答案】 A
【反思总结】
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)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.
【典例4】 (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．气体分子的密度增大
【答案】 BD
【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冲力不变，故B、D正确，A、C错误．
三、对气体实验定律的解释
1．玻意耳定律：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：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．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：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．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．
【典例5】(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
【答案】 AB
课后巩固 ● 课时作业
题组一 气体分子运动的特点
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
【答案】 BD
【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，D对；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对；气体对器壁的压强是由大量分子碰撞器壁产生，C错．
2．某种气体在不同温度下的气体分子速率分布曲线如图所示，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
【答案】 B
3．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
【答案】 A
【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对，B错；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；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．
4．(多选)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，由图可以判断以下说法中正确的是( )
A．温度升高，所有分子的运动速率均变大
B．温度越高，分子的平均速率越小
C．0 ℃和100 ℃时氧气分子的速率都呈现“中间多，两头少”的分布特点
D．100 ℃的氧气与0 ℃的氧气相比，速率大的分子所占的比例较大
【答案】 CD
【解析】 温度升高，气体分子的平均动能增大，平均运动速率增大，但有些分子的运动速率可能减小，从图中可以看出温度高时，速率大的分子所占比例较大，A、B错误，C、D正确．
题组二 压强的微观解释
5．下面关于气体压强的说法正确的是( )
①气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的 ②气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力 ③从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关 ④从宏观角度看，气体压强的大小跟气体的温度和体积有关
A．只有①③对 B．只有②④对
C．只有①②③对 D．①②③④都对
【答案】 D
题组三 对气体实验定律的解释
6．一房间内，上午10时的温度为15 ℃，下午2时的温度为25 ℃，假设大气压强无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的( )
A．空气密度增大
B．空气分子的平均动能增大
C．空气分子的速率都增大
D．空气质量增大
【答案】 B
【解析】 温度升高，气体分子的平均动能增大，平均每个分子对器壁的作用力将变大，但气压并未改变，可见单位体积内的分子数一定减小，所以有ρ空减小，m空＝ρ空·V随之减小．
7．(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．分子密度减小，平均速率增大
【答案】 AD
【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，分子密度减小，A、D对，B、C错．
8．(多选)根据分子动理论，下列关于气体的说法中正确的是( )
A．气体的温度越高，气体分子无规则运动越剧烈
B．气体的压强越大，气体分子的平均动能越大
C．气体分子的平均动能越大，气体的温度越高
D．气体的体积越大，气体分子之间的相互作用力越大
【答案】 AC
题组四 综合应用
9．(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度、分子平均动能、重力共同决定
【答案】 BCD
【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；气体分子的速率分布规律是“中间多、两头少”，B对；气体的压强由分子密度和分子平均动能决定，与重力无关，C对，E错；温度不变，体积减小时，由玻意耳定律可知，压强一定增大，D对．
10．一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
【答案】 C
11．一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＝0.3 m3，TA＝TC＝300 K，TB＝400 K.
(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．
【答案】 (1)0.4 m3
(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
【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＝0.4 m3.
(2)微观原因：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．
