4.2 气体实验定律的微观解释 学案（2020年鲁科版高中物理选修3-3）

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1、第第 2 节节 气体实验定律的微观解释气体实验定律的微观解释 目标定位 1.知道理想气体模型.2.理解气体压强的微观意义.3.会用分子动理论 和统计观点解释 3 个气体实验定律. 一、理想气体 1.定义：严格遵从 3 个实验定律的气体. 2.理想气体的微观特点： (1)分子大小与分子间的距离相比可以忽略不计. (2)除碰撞外，分子间的相互作用可以忽略不计. (3)理想气体不存在分子势能，其内能等于所有分子热运动动能的总和. (4)理想气体的内能与气体的温度有关，而与气体的体积无关. 3.理想气体的体积：气体分子运动能到达的空间. 4.理想气体的压强： (1)产生：从分子动理论和统计观点看，理想

2、气体的压强是大量气体分子不断碰 撞容器壁的结果. (2)大小：气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上产生的平均作 用力. (3)决定因素： 微观上，理想气体压强的大小与单位体积的分子数和分子的平均动能有关. 宏观上，一定质量的理想气体压强与体积和温度有关. 二、对气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律：一定质量的理想气体，气体的分子总数不变，温度保持不变时， 分子的平均动能也保持不变.在这种情况下，体积减小时，单位体积内的分子数 将增多，气体的压强就增大. 2.查理定律：一定质量的理想气体，气体的分子总数不变，体积保持不变时，单 位体积内的分子数保持不变.在这种情况下， 温度升高时，

3、分子的平均动能增大， 气体的压强就增大. 3.盖 吕萨克定律：一定质量的理想气体，气体的分子总数不变，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相应减小， 才能保持压强不变. 一、理想气体及气体的压强 1.理想气体 (1)宏观上讲，理想气体是指在任何条件下始终遵从 3 个实验定律的气体. (2)微观上讲：分子间除碰撞外无其他作用力；分子本身没有体积. (3)从能量上看，理想气体没有分子势能，只有分子动能，故理想气体的内能完 全由温度决定. (4)理想气体是一种理想化模型，实际并不存在.在压强不太大，温度不太低的情 况下，实际气体可近似看成理想气体. 2.决定气

4、体压强的因素 (1)产生原因：大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞，产生气体 的压强，气体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. (2)决定气体压强大小的因素： 宏观因素：温度和体积. 微观因素：气体分子密度和气体分子的平均动能. 【例 1】 关于理想气体，下列说法正确的是( ) A.当把实际气体抽象成理想气体后，它们便不再遵从气体实验定律 B.温度极低，压强太大的气体虽不能当作理想气体，但仍然遵从实验定律 C.理想气体分子间的平均距离约为 10 10 m，故分子力为零 D.理想气体是对实际气体抽象后形成的理想模型 答案 D 解析 理想气体遵从气体实验定律， A 错

5、误； 实际气体在温度极低和压强太大时， 不能很好地遵从气体实验定律， B 错误； 理想气体分子间的平均距离超过 10 9 m， 分子间的斥力和引力都可忽略不计，而在平均距离为 10 10 m 时，分子间的斥力 和引力是不能忽略的，C 错误；理想气体是一种理想化模型，D 正确. 【例 2】 下列说法正确的是( ) A.气体对器壁的压强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 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 解析 气体压强大小等于气体

6、分子对器壁单位面积的撞击力，故 A 正确；单位 时间内的平均作用力不是压强，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. 二、3 个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. 2.查理定律 (1)宏观表现：一定质量的理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大， 温度降低，压强减小. (2)微观解释：体积不变，则分子密集程度

7、不变.温度升高，分子平均动能增大， 所以气体的压强增大. 3.盖 吕萨克定律 (1)宏观表现：一定质量的理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大，温 度降低，体积减小. (2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，而要使压强不变，则需影响压强 的另一个因素分子密集程度减小，所以气体的体积增大. 【例 3】 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 解析 根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变

8、，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. 针对训练 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 答案 AD 解析 一定质量的气体，分子总数不变，体

9、积增大，单位体积内的分子数减少； 体积减小，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. 对理想气体的理解 1.关于理想气体，下列说法正确的是( ) A.常温下氢气、氧气、氮气等气体就是理想气体 B.理想气体是不能被无限压缩的 C.理想气体的分子势能为零 D.在压强很大、温度很低时，实际气体仍能当作理想气体来处理 答案 C 解析 实际气体不是理想气体，在压强不太大、温度不太低时，大多数实际气体 可以当作理想气体来处理，故 A、D 错误；理想气体的分子没有大小，可以被无 限压缩， B 错误； 理想气体分子间除碰

10、撞外没有其他作用力， 所以分子势能为零， C 正确. 气体压强的微观解释 2.封闭在气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pV T C(常量)可知，当体积不变时，p T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. 实验定律的微观解释 3.对于一定质量的某

11、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 解析 由于气体压强是由大量气体分子对器壁的碰撞作用而产生的， 其值与分子 密度及分子平均速率有关；对于一定质量的理想气体，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. 4.如图 1 所示，c、d 表示一定质量的某种理想气体的两个状态，则关于 c、d 两 状态的下列说法中正确的是( ) 图 1 A.压强 pdpc B.温度 TdVc D.d 状态时分子运动剧烈，分子密度大 答案 AB 解析 由题中图象可直观看出 pdpc，TdVd，分子密度增大， C、D 错误.