1、氣體熱現(xiàn)象的微觀意義新課標(biāo)要求知識與技能過程與方法情感、態(tài)度和價值觀1 .知道氣體分子運動的特點。2 .能用氣體分子動理論解釋氣體壓強的微觀意 義，并能知道氣體的壓強、溫度、體積與所對 應(yīng)的微觀物理量間的相關(guān)聯(lián)系。3 .能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定 律。通過讓學(xué)生用氣體分子 動理論解釋有關(guān)的宏觀 物理現(xiàn)象，培養(yǎng)學(xué)生的微 觀想像能力和邏輯推理 能力，并滲透“統(tǒng)計物理” 的思維方法。通過對宏觀物理現(xiàn)象與 微觀粒子運動規(guī)律的分 析，對學(xué)生滲透“透過 現(xiàn)象看本質(zhì)”的哲學(xué)思 維方法教材分析與方法教學(xué)重點教學(xué)難點教學(xué)方法教學(xué)用具氣體分子運動的 特點和氣體壓強 的微觀意義氣體壓強的微 觀意義講授法、

2、閱讀 法、電教法計算機控制的大屏幕顯示儀；自制的顯示氣 體壓強微觀解釋的計算機軟件。電子秤滾珠 實驗演示視頻。投影儀、投影片復(fù)習(xí)預(yù)習(xí)引入教師活動學(xué)生活動1 .分子動理論的基本內(nèi)容是什么？2 .氣體分子的運動是怎樣的？氣體所遵循的宏觀規(guī)律和氣體的 微觀結(jié)構(gòu)有何關(guān)系？本節(jié)我們就研究氣體分子微觀模型，用氣 體分子動理論解釋氣體的實驗定律。知識探究過程、投擲硬幣實驗學(xué)生實驗:,統(tǒng)讓項目 統(tǒng)計對豪總共投幣 次數(shù)4枚硬幣中止面朝上的硬幣枚數(shù)01234我的實驗數(shù)據(jù)10我所在小組的 數(shù)據(jù)我所在大組的 數(shù)據(jù)全班的數(shù)據(jù)實驗表明：個別事物的出現(xiàn)具有偶然的因素，但大量事物出現(xiàn)的機會， 卻遵從一定的統(tǒng)計規(guī)律。二、氣體分

3、子運動的特點1 .氣體間的距離較大，分子間的相互作用力十分微弱，可以認為氣體分子除相互碰撞及 與器壁碰撞外不受其他力作用，每個分子都可以在空間自由移動，一定質(zhì)量的氣體的分子可以充滿整個容器空間。2 .分子間的碰撞頻繁，這些碰撞及氣體分子與器壁的碰撞都可看成是完全彈性碰撞。氣體通過這種碰撞可傳遞能量，其中任何一個分子運動方向和速率大小都是不斷變化的，這就是雜亂無章的氣體分子熱運動。3 .從總體上看氣體分子沿各個方向運動的機會均等，因此對大量分子而言，在任一時刻 向容器各個方向運動的分子數(shù)是均等的。4 .大量氣體分子的速率是按一定規(guī)律分布，呈“中間多，兩頭少”的分布規(guī)律，且這個分布狀態(tài)與溫度有關(guān)，

4、溫度升高時，平均速率會增大。5 .理想氣體的熱力學(xué)溫度 T與分子的平均動能 Ek成正比，即T =a Ek式中a是比例常數(shù)。此式說明，溫度是分子平均動能的標(biāo)志。三、氣體壓強的微觀意義模擬情景：雨滴打在傘面上使傘面受到?jīng)_擊力，雨滴動能越大，雨滴越密集，產(chǎn)生的壓力就越大。【視頻演示】雨滴撞擊傘面【實驗演示】滾珠撞擊電子秤實驗總結(jié)結(jié)論：從微觀角度來看，氣體壓強的大小與兩個因素有關(guān)，一是氣體分子的平均動能， 二是分子的密集程度。前者決定溫度，后者決定體積。所以：氣體壓強與溫度和體積有關(guān)。 四、對氣體實驗定律的微觀解釋1 .用氣體分子動理論解釋玻意耳定律：一定質(zhì)量（m）的理想氣體，其分子總數(shù)（ N）是一個

5、定值，當(dāng)溫度（T）保持不變時, 則分子的平均速率（v）也保持不變，當(dāng)其體積（ V）增大幾倍時，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)（n）變?yōu)樵瓉淼膸追种唬虼藲怏w的壓強也減為原來的幾分之一；反之若體積減小為原來的幾分之一，則壓強增大幾倍，即壓強與體積成反比。這就是玻意耳定律。書面符號簡易表述方式：T不變*期不變m一定N一定一！*1? I t）一-n 1（或十）1V H或D總結(jié)：基本思維方法是：依據(jù)描述氣體狀態(tài)的宏觀物理量（m、p、V、T）與表示氣體分子運動狀態(tài)的微觀物理量（N、n、v）間的相關(guān)關(guān)系，從氣體實驗定律成立的條件所述的 宏觀物理量（如 m一定和T不變）推出相關(guān)不變的微觀物理量（如 N一定和v不變）

6、，再根 據(jù)宏觀自變量（如 V）的變化推出有關(guān)的微觀量（如 n）的變化，再依據(jù)推出的有關(guān)微觀量（如v和n）的變與不變的情況推出宏觀因變量（如 p）的變化情況，結(jié)論是否與實驗定律 的結(jié)論相吻合。若吻合則實驗定律得到了微觀解釋。2 .用分子動力論解釋查理定律：一定質(zhì)量（m）的氣體的總分子數(shù)（N）是一定的，體積（V）保持不變時，其單位體積 內(nèi)的分子數(shù)（n）也保持不變，當(dāng)溫度（T）升高時，其分子運動的平均速率（ v）也增大， 則氣體壓強（p）也增大；反之當(dāng)溫度（T）降低時，氣體壓強（p）也減小。這與查理定律 的結(jié)論一致。用符號簡易表示為：m 一定一定I>0不變$不變3 .用氣體分子動理論解釋蓋 呂

7、薩克定律：一定質(zhì)量（m）的理想氣體的總分子數(shù)（N）是一定的，要保持壓強（p）不變，當(dāng)溫度（T）升高時，全體分子運動的平均速率 v會增加，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)（ n） 一定要減 小（否則壓強不可能不變），因此氣體體積（V） 一定增大；反之當(dāng)溫度降低時，同理可推 出氣體體積一定減小。這與蓋呂薩克定律的結(jié)論是一致的。用符號簡易表示為：m 一定一定T f I）*- y +（或 4 ）能力創(chuàng)新思維例1. 一位同學(xué)用橡皮帽堵住了注射器前端的小孔，用活塞封閉了一部分空氣在注射器中，他把注射器豎直放入熱水中 （如圖所示），發(fā)現(xiàn) 注射器的活塞向上升起.試用分子動理論解釋這個現(xiàn)象.解析：由題意可知，在實驗過程中

8、封閉的氣體壓強保持不變.當(dāng)注射器放入熱水中時，氣體的溫度升高，分子的平均速率增大了，要保持壓強不 變，只有使一定時間內(nèi)撞擊單位面積容器壁的分子數(shù)減少，也就是使 氣體分子密集程度減小，即氣體的體積增大。所以活塞將向上升起.拓展：用分子動理論，解釋氣體壓強、溫度和體積的關(guān)系這類問題，要抓住壓強的微觀解釋， 從壓強的微觀解釋入手。壓強是單位時間內(nèi)撞擊單位面積容器壁的分子對容器壁的總沖力，分子的平均沖力的宏觀表現(xiàn)是由溫度，分子的密集程度由質(zhì)量和體積決定。這樣就建立了宏觀與微觀的聯(lián)系。例2:對于一定量的理想氣體，下列四個論述中正確的是（）A.當(dāng)分子熱運動變劇烈時，壓強必變大B.當(dāng)分子熱運動變劇烈時，壓強

9、可以不變C.當(dāng)分子間的平均距離變大時，壓強必變小D.當(dāng)分子間的平均距離變大時，壓強必變小解析：一定質(zhì)量的理想氣體的壓強 ，微觀上是由分子熱運動的平均動能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)（即選項中的分子平均距離）這兩個因素共同決定本題的正確選項是 B.拓展對于一定質(zhì)量的氣體來說，下列說法正確的是（）A.若保持體積不變而溫度升高，則壓強一定增大B.若保持壓強不變而體積減小，則溫度一定升高C.若將該氣體密閉在絕熱容器里，則壓縮氣體時氣體的溫度一定升高D.可以在體積、溫度、壓強這三個物理量中只改變一個解析 氣體的體積不變，說明單位體積內(nèi)的分子數(shù)（即分子密集程度）不變，溫度升高，氣體分子無規(guī)則運動加劇，由氣體壓強的

10、彳觀解釋可知，壓強增大，所以 A正確；體積減小，則分子密集程度減小，而壓強沒有增大，說明氣體的溫度降低了，所以B錯；如果容器是絕熱的，則氣體就無法和外界熱交換，此時壓縮氣體對氣體做功，由熱力學(xué)第一定律可知， 氣體內(nèi)能增加，溫度升高，所以 C正確；根據(jù)氣體壓強產(chǎn)生的微觀原因可知，對于一定質(zhì)量的氣體來說，在體積、溫度、壓強這三個物理量中，如果一個發(fā)生了改變，其他兩個至少有一個必定會同時改變，所以 D錯。答案：AC拓展下列情況可能發(fā)生的是（）A .氣體體積增大，壓強減小，溫度不變B.氣體體積增大，壓強增大，溫度降低C.絕熱容器中的氣體被壓縮后溫度不變D.絕熱容器中的氣體膨脹后溫度降低解析：答案為：A

11、D例3:如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài) A經(jīng)過圖所示過程變到狀態(tài) B,在此過程中氣 體的密度（）A . 一直變小8. 一直變大C.先變小后變大D.先變大后變小解析：題干所給的是一定質(zhì)量白理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B所經(jīng)歷的過程在 p-T圖上得到的過程曲線。由圖像可知，在變化過程中，氣體的壓強一直變小，而溫度一直變大。對 于一定質(zhì)量的理想氣體，壓強變小時，體積可能變大；溫度升高時，體積也可能變大。當(dāng)壓 強變小、溫度升高兩個因素同時存在時，體積只能變大。質(zhì)量一定的理想氣體在體積變大時密度變小。所以選項 A正確。拓展：一定質(zhì)量的理想氣體，在經(jīng)過等壓膨脹、等容降溫、等壓壓縮、等容升溫四個過程后 回

12、到初始狀態(tài)，它是吸熱還是放熱？解析：解法一：由于一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能是否變化決定于溫度是否發(fā)生了變化，所以經(jīng)過一個循環(huán)后回到初始狀態(tài)，內(nèi)能不變，即AU=0o由熱力學(xué)第一定律 AU = W+Q可知，它是吸熱還是放熱，取決于外界對它的做功情況。以下對在每個過程中外界對氣體做功W的情況逐個分析：等壓膨脹：氣體壓強為 pi,體積增大了 W”則Wi=- P1AV1；等容降溫：體積不變，所以 W2=0。等壓壓縮：氣體壓強為 P2,體積減小了 川2,則W3=P22W2。等容升溫：體積不變，所以 W4=0o外界對氣體做的總功為 w= Wi+W2+W3+W4= pi Wi + P2AV2 由于P1>P

13、2, AV1 = AV2,所以 W<0,代入AU = W+Q得Q>0,即氣體吸熱。解法二：用圖線直觀地反應(yīng)氣體的狀態(tài)變化。對本題作P-V圖線如圖所示，氣體從 A狀態(tài)經(jīng)過一個循環(huán)回到狀態(tài) A。由P V圖線可以看出，在等溫膨脹過 程A B中，氣體對外做的功等于矩形 ABFE的面積；在等壓壓 縮過程CD中，外界對氣體所做的功等于矩形CDEF的面積。整個循環(huán)氣體對外做的功等于矩形ABCD的面積。氣體內(nèi)能不變，對外做功，必然吸熱。而且氣體所吸收的熱量也等于矩形ABCD的面積。能力提升訓(xùn)練課堂練習(xí)1 .氣體比固體、液體容易被壓縮，是因為A.氣體分子之間有很大的空隙B.氣體分子之間有相互作用的引

14、力C.氣體分子的體積比固體、液體的分子小D.氣體分子比固體、液體的分子有彈性2 .密封在容器中的氣體的壓強（）A.是由氣體受到重力所產(chǎn)生的B.是由氣體分子間的相互作用力（吸引和排斥）產(chǎn)生的C.是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁所產(chǎn)生的D.當(dāng)容器自由下落時將減小為零3 . 一定質(zhì)量的氣體，在壓強不變的條件下，體積增大.則氣體分子的平均動能（）A.增大B.減少C.不變D.條件不足，無法判斷4 .關(guān)于理想氣體的下列說法中正確的是（）A.溫度升高，氣體分子的平均動能增大B.溫度相同時，各種氣體分子的平均速率都相同C.溫度相同時，各種氣體分子的平均平動動能相同D.溫度升高時，氣體分子的平均動量減小課后練習(xí)5 .從分子運動論的觀點來看，氣體的壓強是氣體中大量分子對器壁的 而形成的，它 決定于氣體分子 的劇烈程度與 內(nèi)的氣體分子數(shù).6 . 一定質(zhì)量的理想氣體，經(jīng)歷等溫壓縮時，氣體壓強增大，從分子運動論的觀點來分析，這是因為：（1）,（2）。7 .給自行車胎打氣，使其達到所需要的壓強，問在夏天和冬天，打入胎內(nèi)的空氣的質(zhì)量是 否相同？為什么？8 .如果一個容器內(nèi)空氣十分稀薄，以至于每立方米體積中只有幾萬或幾十萬個氣體分子, 則器壁受到氣體的壓強（）A.將很小，且時大時小部均勻8 .將很小，但仍然是均勻的C.將很大，且時大時小部均勻D.將