【物理】2019届二轮复习气体实验定律的微观解释学案（全国通用）

【物理】2019届二轮复习气体实验定律的微观解释学案（全国通用）

‎ 4.2　气体实验定律的微观解释 ‎ ‎1.了解理想气体的模型,体会物理模型在研究物理问题中的作用.‎ ‎2.能分别从宏观和微观的角度进行说明理想气体的性质,并知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体.‎ ‎3.知道气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系,能从微观角度解释气体实验定律.‎ ‎1.理想气体 ‎(1)定义:物理学中把严格遵从三个　　　　　的气体称为理想气体. ‎ ‎(2)理想气体的微观特征 理想气体的分子大小与分子　　　相比可以忽略不计,除了　　　　外,分子间无相互作用,其分子间距变化不改变分子势能,分子可以自由移动. ‎ ‎(3)理想气体的宏观特征 理想气体严格遵从三个　　　　　,理想气体的内能只跟　　　　有关,跟体积无关. ‎ ‎(4)理想气体是一种理想模型 现实中并不存在严格意义上的理想气体,大多数实际气体在　　　　　　下,都可近似看成理想气体. ‎ ‎2.气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系 ‎(1)气体温度越高,分子的　　　　　就越大. ‎ ‎(2)一定质量的气体,体积越小,单位体积的　　　　　就越多. ‎ ‎(3)单位体积气体的分子数越多、分子平均动能越大,气体的　　　　就越大. 学 ]‎ ‎3.对气体实验定律的微观解释 ‎(1)玻意耳定律 一定质量的气体,温度保持不变时,分子的　　　　　　是一定的.在这种情况下,体积减小时,单位体积气体的分子数　　　　,气体的压强就　　　　. ‎ ‎(2)查理定律 一定质量的气体,体积保持不变时,单位体积的　　　　保持不变.在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能　　　　,气体的压强就　　　. ‎ ‎(3)盖·吕萨克定律 一定质量的气体,温度升高时,分子的平均动能　　　　.只有气体的体积同时　　　　 ,使单位体积的分子数　　　　,才能保持压强不变. ‎ 主题1:理想气体模型 情景:在阅读教材第61页“理想气体”的内容后,几个同学在交流对理想气体的认识,下面是几个同学的主要观点.‎ 甲同学:理想气体能严格遵守气体实验定律.‎ 乙同学:实际气体在温度不太高,压强不太小的情况下,可看成理想气体.‎ 丙同学:实际气体在温度不太低,压强不太大的情况下,可看成理想气体.‎ 丁同学:所有的实际气体在任何情况下,都可看成理想气体.‎ 戊同学:理想气体只存在与人们的“理想”中,没有实际意义.‎ 问题:请根据你对理想气体的理解,判断这五位同学的说法是否正确,并说明理由.‎ ‎ 学 ]‎ 主题2:理想气体的内能 问题:阅读教材第61页内容,回答为什么说理想气体的内能只跟气体的温度有关,而跟气体的体积无关.‎ 主题3:气体在压强很大、温度很低时不遵守气体实验定律的原因 问题:为什么实际气体在压强很大、温度很低时不遵守三个实验定律呢?我们家用液化石油气罐内的石油气可以看做理想气体吗?‎ 主题4:从微观角度解释气体实验定律 问题:阅读教材第62 64页“气体实验定律的微观解释”部分的内容,回答下列问题.‎ ‎(1)从微观角度来看,气体压强是怎样产生的?它的大小由哪些因素决定?‎ ‎(2)根据玻意耳定律,一定质量的气体,温度保持不变时,其压强随体积的减小而增大;根据查理定律,一定质量的气体,体积保持不变时,其压强随温度升高而增大.从微观角度来看,使压强增大的这两个过程有何区别呢?‎ 一、理想气体分子运动特点 例1　下列关于理想气体分子运动的说法正确的是(　　)‎ A.分子间距远大于分子平衡距离 B.分子的间距变化时分子力不做功 C.分子沿各个方向运动的机会相等 D.理想气体的体积是指分子运动可达到的空间 变式训练1　气体比固体、液体容易被压缩,是因为(　　)‎ A.气体分子之间有很大的空隙 B.气体分子之间有相互作用的引力 C.气体分子的体积比固体、液体的分子小 D.气体分子比固体、液体的分子有弹性 二、影响理想气体的内能变化的因素 例2　下列说法正确的是(　　)‎ A.只要物体的温度保持不变,其内能就保持不变 B.只要理想气体的温度保持不变,其内能就保持不变 C.固体的体积变化会改变其内能 D.理想气体膨胀时其分子势能增大 变式训练2　一定质量的理想气体,在等容变化过程中,可能是(　　)‎ A.压强变大,内能增加 B.压强变大,内能减小 C.压强变小,分子平均动能减小 D.压强变小,分子平均动能增大 三、气体实验定律的微观解释 例3　某同学觉得一只气球体积比较小,于是他用打气筒给气球继续缓慢充气.据有关资料介绍,随着气球体积的增大,气球膜的张力所产生压强逐渐减小,假设充气过程气球内部气体的温度保持不变,且外界大气压强也不变,则充气气球内部气体(　　)‎ A.压强增大 B.单位体积内分子数增多 C.单位体积内分子数减少 D.分子的平均动能增大 ‎1.关于密闭容器中的气体的压强,下列说法正确的是(　　)‎ A.是由于气体分子重力产生的 B.是由于分子间的相互作用产生的 C.是由于大量气体分子频繁碰撞器壁产生的 D.在失重的情况下,密闭容器内的气体对容器壁没有压强 ‎2.下列说法中正确的是(　　)‎ A.理想气体是严格遵守气体实验定律的气体模型 B.理想气体的分子间除了互相碰撞外,无其他相互作用 C.实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下,可当成理想气体 D.在应用气体实验定律时,压强、体积、温度都必须采用国际单位制中的单位 ‎3.下列说法正确的是(　　) 学 ]‎ A.玻意耳定律对任何压强都适用 B.盖·吕萨克定律对任意温度都适用 C.常温、常压下的各种气体都可以当做理想气体 D.一定质量的气体,在压强不变的情况下,它的体积跟温度成正比 ‎4.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,其分子的平均动能不可能不变 B.压强和体积都增大时,其分子的平均动能有可能减少 C.压强增大、体积减小时,其分子的平均动能一定不变 D.压强减小、体积增大时,其分子的平均动能可能增加 ‎ 4.2　气体实验定律的微观解释 ‎ ‎1.重点难点 教学重点:用气体分子动理论来解释气体实验定律.‎ 教学难点:理解理想气体模型.‎ ‎2.高考前瞻 本节内容主要从分子动理论角度理解理想气体实验定律,高考命题对本节知识单独考查较少,往往与热力学定律等综合进行考查,题型多为选择题.‎ ‎3.教学建议 通过前面三章的学习,学生对物质的微观结构已经形成了一定的认识,对于气体压强的微观解释,在第一章也有学习,因此可以指导学生阅读“理想气体”内容,让学生自己总结理想气体的特征及气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系,然后自己从微观角度解释气体的实验定律,以此培养学生学习兴趣,锻炼分析、归纳、推理能力.‎ 参考答案:‎ ‎1.(1)实验定律　(2)间距　碰撞　(3)实验定律　温度 ‎(4)常温常压 ‎2.(1)平均动能　(2)分子数　(3)压强 学 ]‎ ‎3.(1)平均动能　增多　增大　(2)分子数　增大　增大 ‎(3)增大　增大　减少 ‎1.解答:甲同学和丙同学的说法正确.‎ 理想气体是为了研究问题方便而提出的一种理想模型,是实际气体的一种近似.‎ 理想气体严格遵从三个实验定律.实验表明,实际气体只是近似地遵从玻意耳定律、查理定律和盖·吕萨克定律.当气体压强不太大(与大气压比较)、温度不太低(与室温比较)时,实际测量的结果与上述定律得到的结果相差不大;当压强很大、温度很低时,实际测量结果和由上述定律得出的结果有很大的差异.引起这种差异的原因是由于分子力的影响,在压强太大或温度太低时,分子力作用所带来的影响不能忽略不计.在常温常压下,大多数实际气体,尤其是那些不易液化的气体,如氢气、氧气、氩气、氦气以及水蒸气含量不大的空气都可以近似地看成理想气体.‎ ‎2.解答:内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和.对于理想气体,其分子间距大,分子间作用力为零,当理想气体的体积发生改变导致其分子间距变化时,分子力没有做功,分子势能也就没有变化,所以对于理想气体,可以认为分子势能总为零,而当理想气体温度变化时,其分子动能随之变化,所以说理想气体的内能只跟气体的温度有关,而跟气体的体积无关.‎ ‎3.解答:这是因为当压强很大、温度很低时的气体与压强不太大(与大气压比较)、温度不太低(与室温比较)时的气体比较时,从分子动理论的角度看,前者由于分子间距离较小,其相互作用不能忽略,后者由于分子间距离较大,其相互作用可以忽略;同时,前者分子本身的体积与气体的体积相比不能忽略,后者则可以忽略.这是实际气体在压强很大、温度很低时不遵守三个实验定律的原因.我们家用液化石油气罐内的石油气压强很大,显然不可以看做理想气体.‎ ‎4.解答:(1)从微观角度来看,气体压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的,它的大小由单位体积内气体数目和气体分子平均动能决定.‎ ‎(2)一定质量的气体,温度保持不变即分子平均动能保持不变,当气体体积减小时单位体积内气体分子数增加,使其压强增大;一定质量的气体,体积保持不变即单位体积内气体分子数保持不变,当其温度升高时气体分子的平均动能增加,使其压强增大.‎ 一、理想气体分子运动特点 例1　ABCD ‎【解析】分子间距远大于分子平衡距离,A正确;分子力可以忽略,分子的间距变化时分子力不做功,B正确;因为分子除相互碰撞或跟器壁碰撞外,还可在空间自由移动,由于分子频繁地碰撞,导致分子的速率和运动方向频繁地变化,做杂乱无章的热运动,而且向各个方向运动的气体分子数目都相等,C正确;理想气体分子可自由运动,理想气体的体积是指分子运动可达到的空间,D正确.‎ ‎【点拨】分子间距远大于分子平衡距离,是理想气体具有所有特征的根本原因.‎ 变式训练1　A ‎【解析】通常情况下,气体都可以看成理想气体.气体分子与其他形式的分子相比较来说,气体分子间的距离可以忽略,所以气体分子之间不存在相互作用力;同种物质的分子是相同的,不会因为它的状态不同而有不同.‎ 二、影响理想气体的内能变化的因素 例2　BC ‎【解析】对于普通物体,内能为其内部所有分子动能和势能的总和,所以内能跟温度和体积都有关,故A错误,C正确;由于分子间没有相互作用力,所以理想气体不存在分子势能,其内能是指所有分子热运动的动能的总和.因此,一定质量的理想气体的内能只与气体的温度有关,而与体积无关.气体的温度升高,则气体的内能增大;气体的温度降低,则气体的内能减小,故B正确,D错误.‎ ‎【点拨】理想气体分子间的作用力为零是它不同于其他物体的根本原因.‎ 变式训练2　AC ‎【解析】一定质量的理想气体的内能只和气体的温度有关,等容变化过程中,压强与气体的热力学温度成正比,因此压强增大,温度升高,则内能增大;反之,压强变小,温度降低,内能减小,分子的平均动能减小.‎ 三、气体实验定律的微观解释 例3　C ‎【解析】气球内部压强应该是外部压强加上气球膜的张力产生的压强之和,随着气球体积的增大,气球膜的张力所产生压强逐渐减小,而外部压强不变,所以内部气球的压强应该是减小的,所以A错误;而温度保持不变,分子碰撞器壁的作用力保持不变,所以单位时间内单位面积上的分子个数一定减少,所以C对,B、D错.‎ ‎【点拨】①对气体压强大小决定因素的理解和对实际物理过程、物理情境的分析是正确解题的关键.‎ ‎②从微观角度看,气体的压强是由气体分子的平均动能和单位体积里气体分子数共同决定的,不能单方面作出压强变化的结论.‎ 一、理想气体 ‎1、定义:严格遵守气体的三个实验定律的气体.‎ ‎2.对理想气体的理解 ‎(1)宏观上:理想气体是严格遵从气体实验定律的气体.它是一种理想化模型,是对实际气体的 学抽象.‎ ‎(2)微观上:①理想气体分子本身的大小可以忽略不计,分子可视为质点. ‎ ‎②理想气体分子除碰撞外,无相互作用的引力和斥力,故无分子势能,理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和,一定质量的理想气体的内能只与温度有关.‎ ‎(3)一些不易液化的气体,如氢气、氧气、氮气、氦气、空气等,在常温、常压下,‎ 它们的性质很近似于理想气体,一般可把它们看做理想气体处理.‎ 二、气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系 大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强,单位体积气体的分子数越多、分子平均动能越大,气体的压强就越大,而气体温度决定了分子的平均动能,一定质量气体的体积决定了单位体积的分子数,所以气体的压强与其体积、温度有关.‎ 三、对气体实验定律的微观解释 ‎1.玻意耳定律 一定质量的气体,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,单位体积的分子数增多,气体的压强就增大.‎ ‎2.查理定律 一定质量的气体,体积保持不变时,单位体积的分子数保持不变.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,使单位体积的分子数减少,才能保持压强不变.‎ ‎1.C　【解析】密闭气体压强是由大量分子频繁碰撞器壁产生的,与分子的重力没有关系.‎ ‎2.ABC　【解析】理想气体是一种理想模型,实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下可近似看做理想气体.‎ ‎3.C　【解析】气体实验三定律都是只适用于压强不太大、温度不太低的情况下的气体,实际气体在上述情况下可视为理想气体.‎ ‎4.AD　【解析】质量一定的气体,分子总数不变,体积增大时,单位体积内的分子数减少;体积减小时,单位体积内的分子数增多,根据气体的压强与单位体积内的分子数和分子的平均动能这两个因素的关系,可判知A、D正确,B、C错误.‎