2.3气体实验定律的微观解释 课件-2024-2025学年高二下学期物理粤教版（2019）选择性必修第三册

第二章 气体、液体和固体 第三节 气体实验定律的微观解释 作者编号：43002 篮球是大家熟悉的运动器材，在寒冷的冬天，若将篮球放置在室外一段时间，再去拍打时，会发现篮球变得有些瘪，弹性也大不如前。然而，当把这个篮球拿到温暖的室内，过一段时间后，它又会慢慢恢复一些，弹性也有所改善。 新知导入 作者编号：43002 1.理解气体压强和气体实验定律的微观解释 2.理解并学会应用理想气体状态方程 学习目标 作者编号：43002 一、气体压强的微观解释 大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁产生持续、均匀的压力，产生压强。 新知学习 作者编号：43002 单个分子对器壁的冲力是短暂的，但大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续的、均匀的压力。 要深入理解这一个现象，我们首先要先复习一下分子动理论的知识： （1）物质由大量分子组成，单位体积内分子数非常巨大 （2）分子在做永不停息的无规则热运动，气体分子之间、分子与容器壁的碰撞非常频繁 从分子动理论的观点来看，气体压强是大量气体分子对器壁作用的宏观效果，大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。 新知学习 作者编号：43002 大量分子频繁地碰撞器壁产生的压强跟什么因素有关呢？ 我们通过一个视频，利用玻璃珠模拟气体分子，演示大气压强产生的机理，进而研究这个问题，视频展示如下： 单个分子的质量以及碰撞的速率有关 气体分子的密集程度(单位体积内分子数目) 得出实验结论： 能否用理论的角度得出这两个结论？ 新知学习 作者编号：43002 我们利用动量定理做一个简化的推导：把一个分子看作一个质量为m的弹性小球（如图所示），小球以垂直于器壁的初速度V撞向器壁，因为是弹性碰撞，反弹后速度V'=-V。设碰撞过程中器壁对小球的平均作用力大小为F，作用时间为t： 根据动量定理：Ft=mV-(-mV) 解得：F=2mV/t 根据牛顿第三定律，小球对器壁的冲击力F'=F=2mV/t 因此，分子与容器壁碰撞的作用力与分子的质量以及碰撞的速率有关。 新知学习 作者编号：43002 尽管大量分子做无规则运动，速率有大有小，但分子的速率却按一定的规律分布，在不同温度下都呈“中间多，两头少”的分布（如图所示）。当温度升高时，分子的热运动平均速率（平均动能）增大。当温度降低时，分子的热运动平均速率（平均动能）减小。 因此，分子与容器壁碰撞的作用力与气体分子的密集程度(单位体积内分子数目)有关。 我们知道压强P=F/S，如果单位体积内气体分子数目越多，那么碰撞到器壁单位面积上的分子数目就越多，单位面积上的平均作用力越大，则压强越大。 新知学习 作者编号：43002 1.如何从微观角度解释玻意耳定律？ 2.如何从微观角度解释查理定律？ 一定质量的气体，温度保持不变时，气体分子热运动的平均速率一定，若气体的体积减小，分子的密集程度增大，气体压强增大。反之，若气体体积增大，分子的密集程度减小，气体压强减小。 一定质量的气体，体积保持不变时，气体分子的密集程度保持不变，若气体温度升高，分子的热运动的平均速率增大，气体压强增大。反之，若气体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，气体压强减小。 二、气体实验定律的微观解释 新知学习 作者编号：43002 3.如何从微观角度解释盖-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少，才能保持压强不变。 新知学习 作者编号：43002 气体实验定律是通过实验研究获得的，那么在实际条件下，气体是否严格遵循这些定律呢？ 根据课本P30页的内容，发现大部分气体并不是严格遵循这些定律的 新知学习 作者编号：43002 在对气体实验定律的进一步精确实验研究中可以发现，任何实际气体都只是在压强不太大、温度不太低的情况下近似地遵循相关的定律。当压强较大、温度很低时，气体实验定律就不适用了。 （1）为了研究方便，我们设想有一种气体，这样的气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把它叫作理想气体。 （2）理想气体状态方程： 新知学习 作者编号：43002 特点： 1.理想气体是不存在的，是一种理想化模型。 2.从微观上说：①分子有质量而没有体积； ②分子间以及分子和器壁间除碰撞外无其他作用力。 3.从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，与气体的体积无关。 在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。 新知学习 作者编号：43002 1.用打气筒给篮球打气，设每推一次活塞都将一个大气压的一整筒空气压入篮球。不考虑打气过程中的温度变化，忽略篮球容积的变化，则后一次与前一次推活塞过程比较（       ） A．篮球内气体压强的增加量相等 B．篮球内气体压强的增加量大 C．篮球内气体压强的增加量小 D．压入的气体分子数少 A 课堂检测 作者编号：43002 2.在一定温度下，当气体的体积增大时，气体的压强减小，这是（　　） A．气体分子的密度变小，单位体积内分子的质量变小 B．气体分子密度变大，分子对器壁的吸引力变小 C．每个气体分子对器壁的平均撞击力变小 D．单位体积内的分子数减小，单位时间内对器壁碰撞的次数减小 D 课堂检测 作者编号：43002 3.一定质量理想气体的压强p随摄氏温度t的变化规律如图所示，则气体从状态A变化到B的过程中（　　） A．分子平均动能减小 B．气体体积保持不变 C．外界对气体做功 D．气体对器壁单位面积的平均作用力不变 C 课堂检测 作者编号：43002 4.一定质量的理想气体从状态A开始，经历状态B、C、D回到状态A的p-T图象如图所示，其中BA的延长线经过原点O，BC、AD与横轴平行，CD与纵轴平行，下列说法正确的是（          ） A．A到B过程中，气体的体积变大 B．B到C过程中，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数减少 C．C到D过程中，气体分子热运动变得更加剧烈 D．D到A过程中，气体内能减小、体积增大 B 课堂检测 作者编号：43002 气体实验定律的微观解释 气体压强的微观解释 气体实验定律的微观解释 理想气体 大量分子频繁地碰撞器壁，会对器壁产生持续、均匀的压力，产生压强。 容器中气体分子的平均速率越大、分子数密度越大，气体压强就越大 课堂总结 作者编号：43002 Lavf56.15.102 $$