高中物理_气体热现象的微观意义教学设计学情分析教材分析课后反思

第4节气体热现象的微观意义

复习预习引入

知识探究过程

一、投掷硬币实验

学生实验：

实验表明：个别事物的出现具有偶然的因素，但大量事物出现的机会，却遵从一定的统计规律。

二、气体分子运动的特点

1.气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受其他力作用，每个分子都可以在

空间自由移动，一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间。

2.分子间的碰撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞。气体通过这种碰撞可传递能量，其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的，这就是杂乱无章的气体分子热运动。

3.从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。

4.大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大。

5.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能

E成正比，即

k

T =a

E

k

式中a是比例常数。此式说明，温度是分子平均动能的标志。三、气体压强的微观意义

模拟情景：雨滴打在伞面上使伞面受到冲击力，雨滴动能越大，雨滴越密集，产生的压力就越大。

【视频演示】雨滴撞击伞面

【实验演示】滚珠撞击电子秤实验

总结结论：从微观角度来看，气体压强的大小与两个因素有关，一是气体分子的平均动能，二是分子的密集程度。前者决定温度，后者决定体积。所以：气体压强与温度和体积有关。

四、对气体实验定律的微观解释

1.用气体分子动理论解释玻意耳定律：

一定质量（m）的理想气体，其分子总数（N）是一个定值，当温度（T）保持不变时，则分子的平均速率（v）也保持不变，当其体积（V）增大几倍时，则单位体积内的分子数（n）变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比。这就是玻意耳定律。

书面符号简易表述方式：

总结：基本思维方法是：依据描述气体状态的宏观物理量（m、p、V、T）与表示气体分子运动状态的微观物理量（N、n、v）间的相关关系，从气体实验定律成立的条件所述的宏观物理量（如m一定和T不变）推出相关不变的微观物理量（如N一定和v不变），再根据宏观自变量（如V）的变化推出有关的微观量（如n）的变化，再依据推出的有关微观量（如v和n）的变与不变的情况推出宏观因变量（如p）的变化情况，结论是否与实验定律的结论相吻合。若吻合则实验定律得到了微观解释。

2.用分子动力论解释查理定律：

一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时，其分子运动的平均速率（v）也增大，则气体压强（p）也增大；

反之当温度（T ）降低时，气体压强（p ）也减小。这与查理定律的结

论一致。

用符号简易表示为：

3.用气体分子动理论解

释盖·吕萨克定律：

一定质量（m ）的理想气体的总分子数（N ）是一定的，要保持

压强（p ）不变，当温度（T ）升高时，全体分子运动的平均速率v 会

增加，那么单位体积内的分子数（n ）一定要减小（否则压强不可能

不变），因此气体体积（V ）一定增大；反之当温度降低时，同理可推

出气体体积一定减小。这与盖·吕萨克定律的结论是一致的。

用符号简易表示为：

能力创新思维

例1．一位同学用橡皮帽堵住了注射器前端的小

孔,用活塞封闭了一部分空气在注射器中,他把注射器

竖直放入热水中(如图所示) ,发现注射器的活塞向上

升起.试用分子动理论解释这个现象.

解析：由题意可知,在实验过程中封闭的气体压强保持不变.当注射器

放入热水中时,气体的温度升高,分子的平均速率增大了，要保持压强

不变，只有使一定时间内撞击单位面积容器壁的分子数减少，也就是

使气体分子密集程度减小,即气体的体积增大。所以活塞将向上升起.

）

或↓↑(p

拓展：用分子动理论，解释气体压强、温度和体积的关系这类问题，要抓住压强的微观解释，从压强的微观解释入手。压强是单位时间内撞击单位面积容器壁的分子对容器壁的总冲力，分子的平均冲力的宏观表现是由温度，分子的密集程度由质量和体积决定。这样就建立了宏观与微观的联系。

例2：对于一定量的理想气体,下列四个论述中正确的是( )

A.当分子热运动变剧烈时,压强必变大

B.当分子热运动变剧烈时,压强可以不变

C.当分子间的平均距离变大时,压强必变小

D. 当分子间的平均距离变大时,压强必变小

解析：一定质量的理想气体的压强,微观上是由分子热运动的平均动能和单位体积内的分子数（即选项中的分子平均距离）这两个因素共同决定.

本题的正确选项是B.

拓展对于一定质量的气体来说，下列说法正确的是

（）

A．若保持体积不变而温度升高，则压强一定增大

B．若保持压强不变而体积减小，则温度一定升高

C．若将该气体密闭在绝热容器里，则压缩气体时气体的温度一定升高

D．可以在体积、温度、压强这三个物理量中只改变一个

解析气体的体积不变，说明单位体积内的分子数（即分子密集程度）

不变，温度升高，气体分子无规则运动加剧，由气体压强的微观解释可知，压强增大，所以A正确；体积减小，则分子密集程度减小，而压强没有增大，说明气体的温度降低了，所以B错；如果容器是绝热的，则气体就无法和外界热交换，此时压缩气体对气体做功，由热力学第一定律可知，气体内能增加，温度升高，所以C正确；根据气体压强产生的微观原因可知，对于一定质量的气体来说，在体积、温度、压强这三个物理量中，如果一个发生了改变，其他两个至少有一个必定会同时改变，所以D错。

答案：AC

拓展下列情况可能发生的是（）A．气体体积增大，压强减小，温度不变

B．气体体积增大，压强增大，温度降低

C．绝热容器中的气体被压缩后温度不变

D．绝热容器中的气体膨胀后温度降低

解析：答案为：AD

例3：如图所示，一定质量的理想气体由状态A经过图所示过程变到状态B，在此过程中气体的密度（）

A．一直变小

B．一直变大

C．先变小后变大

D．先变大后变小

解析：题干所给的是一定质量的理想气体由状态A变化到状态B所