高中物理气体新人教版选修1-2

用心爱心专心气体教学目标：1．知道分子动理论的内容2．能够用分子动理论的相关知识分析有关热现象3．气体实验定律，能够运用气体状态方程分析解决有关问题本讲重点：分子动理论的内容，气体实验定律本讲难点：1．用分子动理论的相关知识分析有关热现象2．运用气体状态方程分析解决有关问题考点点拨：1．分子动理论2．物体的内能3．气体实验定律和理想气体状态方程4．气体热现象的的微观意义第一课时一、考点扫描（一）知识整合1．分子动理论分子动理论是从物质微观结构的观点来研究热现象的理论。它的基本内容是：，，。（1）物体是由大量分子组成的这里的分子是指构成物质的单元，可以是、，也可以是分子。在热运动中它们遵从相同的规律，所以统称为分子。①这里建立了一个理想化模型：把分子看作是，所以求出的数据只在数量级上是有意义的。一般认为分子直径大小的数量级为m。②固体、液体被理想化地认为各分子是排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。分子体积=物体体积÷分子个数。③气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每个气体分子平均占有的空间看作边长的正立方体。④，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把物质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。NA=6.02×1023mol-1（2）分子的热运动物体里的分子永不停息地做无规则运动，这种运动跟温度有关，所以通常把分子的这种运动叫做热运动。①和都可以很好地证明分子的热运动。用心爱心专心②布朗运动：是指的无规则运动。布朗运动成因：。影响布朗运动剧烈程度因素：，。（3）分子间的相互作用力①分子力有如下几个特点：①分子间同时存在引力和斥力，分子力是引力和斥力的；②引力和斥力都随着距离的增大而；③斥力比引力变化得。②分子间作用力（指引力和斥力的合力）随分子间距离而变的规律是：①rr0时表现为；②r=r0时分子力为；③rr0时表现为；④r10r0以后，分子力变得十分微弱，可以忽略不计。2．单分子油膜法测定分子的直径①把在水面上尽可能散开的油膜视为。②把形成单分子油膜的分子视为排列的形分子，把分子看作小球，这就是分子的理想化模型。③利用单分子油膜法可测定分子的直径d=V／S，其中V是，S是水面上形成的单分子油膜的。3．内能（1）做热运动的分子具有的动能叫分子动能。温度是物体分子热运动的平均动能的标志。温度越高，分子做热运动的平均动能越大。（2）由分子间相对位置决定的势能叫分子势能。分子力做正功时分子势能；分子力作负功时分子势能。分子势能与物体的有关。（3）和的总和叫做物体的内能。物体的内能跟物体的和都有关系：温度升高时物体内能；体积变化时，物体内能变化。4．气体热现象的微观解释及气体实验定律（1）用分子动理论解释气体压强的产生（气体压强的微观意义）。气体的压强是____________________________产生的。压强的大小跟两个因素有关：①；②___________________________。（2）气体的体积、压强、温度间的关系：①一定质量的气体，在温度不变的情况下，体积减小时，________________增大，压强。写出玻意耳定律的公式：_________________②一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度升高，增大，体积。写出盖•吕萨克定律的公式：_________________oFFF用心爱心专心③一定质量的气体，在体积不变的情况下，温度升高，增大，压强。写出查理定律的公式：_________________（3）理想气体状态方程为：_____________________（二）重难点阐释布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动。关于布朗运动，要注意以下几点：①形成条件是：只要微粒足够小。②微粒越小、温度越高，布朗运动越激烈。③观察到的是固体微粒（不是液体，不是固体分子）的无规则运动，反映的是液体分子运动的无规则性。④实验中描绘出的是某固体微粒每隔30秒的位置的连线，不是该微粒的运动轨迹。二、高考要点精析（一）分子动理论☆考点点拨分子动理论是从物质微观结构的观点来研究热现象的理论。它的基本内容是：物体是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，分子间存在相互作用力。进行有关估算时要注意：（1）固体、液体被理想化地认为各分子是一个挨一个紧密排列的，每个分子的体积就是每个分子平均占有的空间。分子体积=物体体积÷分子个数。（2）气体分子仍视为小球，但分子间距离较大，不能看作一个挨一个紧密排列，所以气体分子的体积远小于每个分子平均占有的空间。每个气体分子平均占有的空间看作以相邻分子间距离为边长的正立方体。（3）阿伏加德罗常数NA=6.02×1023mol-1，是联系微观世界和宏观世界的桥梁。它把物质的摩尔质量、摩尔体积这些宏观物理量和分子质量、分子体积这些微观物理量联系起来了。【例1】根据水的密度为ρ=1.0×103kg/m3和水的摩尔质量M=1.8×10-2kg,，利用阿伏加德罗常数，估算水分子的质量和水分子的直径。解析：每个水分子的质量m=M/NA=1.8×10-2÷6.02×1023=3.0×10-26kg；水的摩尔体积V=M/ρ，把水分子看作一个挨一个紧密排列的小球，则每个分子的体积为v=V/NA,而根据球体积的计算公式，用d表示水分子直径，v=4πr3/3=πd3/6，得d=4×10-10m【例2】下面关于分子力的说法中正确的有：A．铁丝很难被拉长，这一事实说明铁丝分子间存在引力B．水很难被压缩，这一事实说明水分子间存在斥力C．将打气管的出口端封住，向下压活塞，当空气被压缩到一定程度后很难再压缩，这一事实说明这时空气分子间表现为斥力D．磁铁可以吸引铁屑，这一事实说明分子间存在引力解析：A、B正确。无论怎样压缩，气体分子间距离一定大于r0，所以气体分子间一定表现为引力。空气压rEr0o用心爱心专心缩到一定程度很难再压缩不是因为分子斥力的作用，而是气体分子频繁撞击活塞产生压强的结果，应该用压强增大解释，所以C不正确。磁铁吸引铁屑是磁场力的作用，不是分子力的作用，所以D也不正确。【例3】观察布朗运动时，下列说法中正确的是A．温度越高，布朗运动越明显B．大气压强的变化，对布朗运动没有影响C．悬浮颗粒越大，布朗运动越明显D．悬浮颗粒的布朗运动，就是构成悬浮颗粒的物质的分子热运动解析：A选项正确。布朗运动是悬浮的固体小颗粒的运动，间接的反映了液体分子的运动。其剧烈程度与温度、颗粒大小有关，温度越高，布朗运动越明显，颗粒越小，布朗运动越明显。点评：学生容易出现的错误，认为大气压强的变化对布朗运动会产生影响；把布朗运动和分子热运动混为一谈。☆考点精炼1．利用阿伏加德罗常数，估算在标准状态下相邻气体分子间的平均距离D。2．从下列哪一组数据可以算出阿伏伽德罗常数?（）A．水的密度和水的摩尔质量B．水的摩尔质量和水分子的体积C．水分子的体积和水分子的质量D．水分子的质量和水的摩尔质量3．如图所示．设有一分子位于图中的坐标原点O处不动，另一分子可位于x轴上不同位置处．图中纵坐标表示这两个分子间分子力的大小，两条曲线分别表示斥力和引力的大小随两分子间距离变化的关系，e为两曲线的交点．则（）A．ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10-15mB．ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为10-10mC．ab表示吸力，cd表示斥力，e点的横坐标可能为10-10mD．ab表示斥力，cd表示吸力，e点的横坐标可能为10-15m（二）物体的内能☆考点点拨物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和叫做物体的内能。物体的内能跟物体的温度和体积都有关系：温度升高时物体内能增加；体积变化时，物体内能变化。分析分子势能的变化是可以通过分析分子力做功的情况来确定。【例4】下列说法中正确的是A．物体自由下落时速度增大，所以物体内能也增大用心爱心专心B．物体的机械能为零时内能也为零C．物体的体积减小温度不变时，物体内能一定减小D．气体体积增大时气体分子势能一定增大解析：物体的机械能和内能是两个完全不同的概念。物体的动能由物体的宏观速率决定，而物体内分子的动能由分子热运动的速率决定。分子动能不可能为零（温度不可能达到绝对零度），而物体的动能可能为零。所以A、B不正确。物体体积减小时，分子间距离减小，但分子势能不一定减小，例如将处于原长的弹簧压缩，分子势能将增大，所以C也不正确。由于气体分子间距离一定大于r0，体积增大时分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以D正确。☆考点精炼4．关于分子势能的下面说法中，正确的是（）A．当分子距离为r0（平衡距离）时分子势能最大B．当分子距离为r0（平衡距离）时分子势能最小，但不一定为零C．当分子距离为r0（平衡距离）时，由于分子力为零，所以分子势能为零D．分子相距无穷远时分子势能为零，在相互靠近到不能再靠近的过程中，分子势能逐渐增大第二课时（三）气体实验定律和理想气体状态方程☆考点点拨（1）玻意耳定律描述了气体的等温变化规律：一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强p与体积V成反比。公式：pV常量，或2211VpVp一定质量的某种气体，等温变化的p-V图象是双曲线，称为等温线。一定质量的气体，不同温度下的等温线不同。（2）查理定律描述了气体的等容变化规律：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。公式：CTpC是比例常数。或2211TpTp一定质量的某种气体，等容变化的p-T图象是过原点的直线，称为等容线。一定质量的气体，不同体积下的等容线不同。（3）盖－吕萨克定律描述了气体的等压变化规律：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比。用心爱心专心公式：CTVC是比例常数。或2211TVTV一定质量的某种气体，等压变化的V-T图象是过原点的直线，称为等压线。一定质量的气体，不同压强下的等压线不同。（4）理想气体的状态方程：一定质量的某种理想气体在从一个状态1变化到另一个状态2时，尽管其p、T、V都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。公式：TpV常数。或222111TVpTVp☆考点点拨【例5】一定质量的理想气体，要使气体温度在经过不同的状态变化过程后返回初始状态的温度，可能的过程是（）A．先等压膨胀，后等容降压B．先等压压缩，后等容降压C．先等容升压，后等压膨胀D．先等容降压，后等压压缩解析：本题采用图解法直观。先作出气体的p－V图线，如图，设气体的初状态为Q，作出过Q的等温线（双曲线），然后画A选项的过程图线如①，（其中平行V轴为等压膨胀过程，平行p轴线段为等容降压过程），可见过程图①能与等温线相交，即能返回到Q状态的温度，故A选项正确。同理可作出B、C、D三选项的图线分别如图②、③、④，都不能与过Q点的等温线相交，故B、C、D选项不正确。答案：A【例6】如图所示，表示一定质量的理想气体沿箭头所示的方向发生状态变化的过程，则该气体压强变化情况是（）A．从状态c到状态d，压强减小B．从状态d到状态a，压强增大C．从状态a到状态b，压强增大D．从状态b到状态c，压强不变解析：在V－T图象中等压线是过坐标原点的直线。故可在图中作过a、b、c、d四点的等压线（图中虚线）。由理想气体状态方程知pCTV用心爱心专心可见，当压强增大时，等压线的斜率k=pCTV变小。由图中比较可确定bcdapppp答案：AC【例7】甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为p甲、p乙，且p甲p乙。则（）（2004年，江苏）A．甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度B．甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度C．甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中气体分子的平均动能D．甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中气体分子的平均动能解析：据理想气体的状态方程可知，乙乙乙甲甲甲TVpTVp，因为p甲p乙，且V甲=V乙，则可判断出T甲