人教版物理选修1-2《气体》教案设计.doc

用心 爱心 专心气体气体教学目标：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。 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。 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。 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。 ，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。 和 都可以很好地证明分子的热运动。用心 爱心 专心布朗运动：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 分子力有如下几个特点：分子间同时存在引 力和斥力，分子力是引力和斥力的 ； 引力和斥力都随着距离的增大而 ； 斥力比引力变化得 。 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：rr0 时表现为 ；r>10r0 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 把在水面上尽可能散开的油膜视为 。 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。 利用单分子油膜法可测定分子的直径 d=VS，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： ；_。 （2）气体的体积、压强、温度间的关系： 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：_ 一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度升高， 增大，体积 。oF斥F分F引用心 爱心 专心写出盖吕萨克定律的公式：_ 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：形成条件是：只要微粒足够小。微粒越小、温度越高，布朗运动越 激烈。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。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 =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/，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=4r3/3=d3/6，得 d=4×10-10 m 【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用心 爱心 专心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 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 （ ） Aab 表示吸力，cd 表示斥力，e 点的横坐标可能为 10- 15m Bab 表示斥力，cd 表示吸力，e 点的横坐标可能为 10- 10m Cab 表示吸力，cd 表示斥力，e 点的横坐标可能为 10-10m Dab 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rEr0o用心 爱心 专心考点点拨 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 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。用心 爱心 专心公式：CTpC 是比例常数。或 2211 Tp Tp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。公式：CTVC 是比例常数。或 2211 TV TV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222111 TVp TVp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 pV 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， （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、，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，压强增大用心 爱心 专心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 VT 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pC TV可见，当压强增大时，等压线的斜率 k=pC TV 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 TVp TVp ，因为 p 甲<p 乙，且 V 甲=V乙，则可判断出 T 甲<T 乙，B 正确。气体的温度直接反映出气体分子的平均动能 大小，故 C 对。 答案：BC 考点精炼 5一定质量的理想气体处于某一平衡状态，此时其压强为 p0，有人设计了四种 途径，使气体经过每种途径后压强仍为 p0。这四种途径是先保持体积不变，降 低压强，再保持温度不变，压缩体积 先保持体积不变，使气体升温，再保持 温度不变，让体积膨胀先保持温度不变，使体积膨胀，再保持体积不变，使气 体升温 先保持温度不变，压缩气体，再保持体积不变，使气体降温。可以断 定（ ） （2004 年，全国） A、不可能 B、不可能 C、不可能 D、都可能 6一定质量的理想气体（ ） （2003 年，江苏） A先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度 B先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积用心 爱心 专心C先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度 D先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能 （四）气体热现象的的微观意义 考点点拨 （1）气体分子运动的特点：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，温度越高，分子的热运动越激烈。 （2）气体热现象的的微观意义：从微观的角度看，气体的压强是大量气体分子频 繁撞击器壁而产生的。气体分子的平均动能决定于温度，分子的密集程度决定于 体积。所以：气体压强与温度和体积有关。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；体积保持不变时，分子的密集程度保持不变；温度升 高时，分子的平均动能增大。 【例 8】一定质量的气体，在等温变化过程中，下列物理量中不发生改变的有（ ） A分子的平均速率 B单位体积内的分子数 C气体的压强 D分子总数 解析：气体等温变化过程中，温度保持不变，温度是分子平均动能大小的标志， 故分子的平均速率不变，A 正确；气体的压强和体积都可以变化，故单位体积内 的分子数会变化，B、C 都错误，气体质量不变，则分子总数不变，D 正确。 答案：AD 【例 9】封闭在容积不变的容器中的气体，当温度升高时，则气体的 （ ） A分子的平均速率增大 B分子密度增大 C分子的平均速率减小 D分子密度不变 解析：容器的容积不变，则分子密度不变，B 错 D 对；当温度升高时，气体的分 子平均动能增大，分子的平均速率增大，A 对 C 错。 答案：AD 考点精炼 7一定质量气体作等容变化，温度降低时，气体的压强减小，这时 （ ） A分子平均动能减小 B分子与器壁碰撞时，对器壁的总冲量减小 C分子平均密度变小了 D单位时间内分子对器壁单位面积的碰撞次数减少 8一定质量的理想气体，体积变大的同时，温度也升高了，那么下面判断正确的 是（ ） A气体分子平均动能增大 B单位体积内分子数目增多 C气体的压强一定保持不变用心 爱心 专心D气体的压强可能变大考点精炼参考答案 1解析：在标准状态下， 1mol 任何气体的体积都是 V=22.4L，除以阿伏加德罗 常数就得每个气体分子平均占有的空间，该空间的大小是相邻气体分子间平均距 离 D 的立方。m1031072. 3,1072. 31002. 6104 .22932626 233 3 DD ，这个数值大约是分子 直径的 10 倍。因此水气化后的体积大约是液体体积的 1000 倍。 2D 解析：水的摩尔质量除以水分子的质量等于一摩尔水分子的个数，即阿伏伽 德罗常数。故 D 正确。 3C 解析：斥力比引力变化得快，引力与斥力相等时分子间距离约为 10-10m ，即 e 点的横坐标可能为 10-10m 4BD5D 解析：四种途径的变化过程，均有可能使TpV的值保持恒定，符合气体的性质规律，故 D 项正确。6CD 解析：根据TpVC（恒量） ，则CpVT ，先等压膨胀，体积（V）将增大，再等容降温，则压强 p 又减小，但 p·V 的值难以确定其是否增减，故 A 错。同理，CpTV ，等温膨胀时，压强 p 减小，等压压缩时，温度（T）又减小，则难以判定pT的值是否减小或增大，故 B 错。同理CpVT ，先等容升温，压强 p增大，但后来等压压缩 V 将减小，则 p·V 值可能不变，即 T 可能等于起始温度， 故 C 正确。先等容加热，再绝热压缩，气体的温度始终升高，则内能必定增加， 即 D 正确。 7ABD 8AD 用心 爱心 专心