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1.4 温度和压强的微观解释

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解法二：用图线直观地反应气体的状态变化。对 本题作p－V图线如图所示，气体从A状态经过一 个循环回到状态A。由p－V图线可以看出，在等 温膨胀过程A－B中，气体对外做的功等于矩形 ABFE的面积；在等压压缩过程C－D中，外界对 气体所做的功等于矩形CDEF的面积。整个循环 气体对外做的功等于矩形ABCD的面积。气体内 能不变，对外做功，必然吸热。而且气体所吸收 的热量也等于矩形ABCD的面积。
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
学生活 动
设计意 图
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。 二、气体压强的微观意义
的微观意义 学 过程与方法：
目
通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏 观物理现象，培养学生的微观想像能力和逻辑推
标 理能力，并渗透“统计物理”的思维方法。 情感态度与价值观：
通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的
分析，对学生渗透“透过现象看本质”的哲学思
维方法
教学重点
重 点
气体分子运动的特点和气体压强和温度的微观意义
难 点 教学难点
气体压强和温度的微观意义
教 学 方 法
讲授法、阅读法、电教法
教 学
计算机控制的大屏幕显示仪；自制的显示气体压强微
观解释的计算机软件。电子秤滚珠实验演示视频。投影
准 备 仪、投影片
苏州中学理化生活页教案 第1页
教学过程
教师活动
教学过程 一、气体温度的微观解释
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。
苏州中学理化生活页教案 第２+ 页
板 书 设 计
教 后 小 记
苏州中学理化生活页教案 第3页
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.
榆林市苏州中学理化生课时计划
科目 物理 年级 高二 学期 二 设计者 总课时
1.4
第 一章第 4课 共 1 课
课 题 温度和压强的微观解 时
释
课型
初备 年 月 日
检 查
年 月 日
记 录
复备 年 月 日
年 月 日
知识与技能：
1．知道气体子运动的特点。
教
2．能用气体分子动理论解释气体压强和温度
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
等压膨胀：气体压强为p1，体积增大了ΔV1， 则W1＝－p1ΔV1；
等容降温：体积不变，所以W2＝0。 等压压缩：气体压强为p2，体积减小了ΔV2， 则W3＝p2ΔV2。 等容升温：体积不变，所以W4＝0。 外界对气体做的总功为W＝W1+W2+W3+W4= －p1ΔV1＋p2ΔV2 由于p1>p2，ΔV1＝ΔV2，所以W<0，代入 ΔU＝W+Q得Q>0，即气体吸热。
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所经历的过程在p－T图上得到的过 程曲线。由图像可知，在变化过程中，气体的压 强一直变小，而温度一直变大。对于一定质量的 理想气体，压强变小时，体积可能变大；温度升 高时，体积也可能变大。当压强变小、温度升高 两个因素同时存在时，体积只能变大。质量一定 的理想气体在体积变大时密度变小。所以选项A 正确。 拓展：一定质量的理想气体，在经过等压膨胀、 等容降温、等压压缩、等容升温四个过程后回到 初始状态，它是吸热还是放热？ 解析：解法一：由于一定质量的理想气体的内能 是否变化决定于温度是否发生了变化，所以经过 一个循环后回到初始状态，内能不变，即ΔU＝ 0。由热力学第一定律ΔU＝W+Q可知，它是吸热 还是放热，取决于外界对它的做功情况。以下对 在每个过程中外界对气体做功W的情况逐个分 析：
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. 例2：对于一定量的理想气体,下列四个论述中正 确的是 ( )
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
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。
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、

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理想气体的压强及温度的微观解释

理想气体的压强及温度的微观解释

理想气体的压强及温度的微观解释在普通物理热学的教学中，对理想气体的压强、温度的学习和讨论时，学生对压强、温度的微观实质理解困难，特别是对宏观规律的微观解释与分析问题。

文章从理想气体分子模型的建立和统计假设的提出，对压强、温度的实质进行讨论，从而使学生得到正确理解，并学会用微观理论解释和研究宏观现象和规律的分析方法。

标签：理想气体；微观模型；压强；温度；微观本质在物理的学习和研究中，经常会讨论和分析一些物理现象和规律，很多物理现象和规律，是可以通过实验观察和验证的宏观规律，而表征分子、原子运动性质的微观量，很难用观察或实验直接测定。

宏观量与微观量之间必然存在着联系，要更深入地认识和研究宏观规律，必须对宏观规律的微观本质进行分析。

通过对理想气体的几个宏观规律与微观实质的关系对比和分析，帮助我们认识和理解气体动理论的有关规律，并掌握这一研究方法。

1 理想气体模型及状态方程1.1 理想气体模型。

所谓理想气体是指重力不计，密度很小，在任何温度、任何压强下都严格遵守气体实验定律的稀薄气体。

理想气体是一种理想化的物理模型，是对实际气体的科学抽象。

理想气体的微观特征是：分子间距大于分子直径10倍以上，分子间无相互作用的引力和斥力，分子势能为零，其内能仅由温度和气体的量决定，内能等于分子的总动能。

温度提高，理想气体的内能增大；温度降低，理想气体的内能减小。

实际气体抽象为理想气体的条件：不易被液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气、空气等，在压强不太大、温度不太低的情况下，所发生的状态变化，可近似地按理想气体处理。

分子本身的线度与分子之间的距离相比可忽略不计，视分子为没有体积的质点；除碰撞瞬间外，分子之间及分子与容器壁之间没有相互作用力，不计分子所受的重力；分子之间及分子与器壁之间作完全弹性碰撞，没有能量损失，气体分子的动能不因碰撞而损失。

容器各部分分子数密度等于分子在容器中的平均密度n=NV，式中，n是气体分子数密度，N是气体的总分子数，V是气体容器的容积；沿空间各个方向运动的分子数目是相等的；气体分子的运动在各个方向机会均等，不应在某个方向更占优势，即全体分子速度分量vx、vy和vz的平均值vx=vy=vz=0。

物理-理想气体压强与温度的微观意义

物理-理想气体压强与温度的微观意义


速度的分子给予面元 的冲量和
dA
x
dI ni mi2xdAdt
vi dt vix dt
p
dI dAdt
ni mi2x
§1.2.2 理想气体的压强
——分子平均平动动能
压强本质上来源于气体分子对器壁的碰撞，是个统计概念， 只对大量分子才有意义。压强大小决定于分子数密度与分子 热运动的平均平动能的乘积。
• 分子自由飞行路程约10 -7 m,分子的每秒平均碰撞次数约1010
§1.1.3 理想气体分子运动的的微观模型
(1) 对单个分子力学性质的假设
■ 分子当作质点，不占体积；分子的线度远小于分子间的平均距离 ■ 分子之间除碰撞的瞬间外，无相互作用力，即忽略分子重力 ■ 分子间和分子与器壁的碰撞是完全弹性的，即碰撞前后总动能不变 ■ 每个分子都遵从经典力学规律
§1.2.3 温度的微观意义
温度是气体分子平均平 动能的度量。
➢ 温度实质上标志着系统分子在质心系中无规则(热)运动的 强度，和物体的整体运动无关 ➢ 温度是统计概念，是大量分子热运动的集体表现 ➢ 气体分子平均平动动能只取决于温度，与分子质量、内部结 构无关
➢ 方均根速率
§1.2.3 温度的微观意义
§1.2 理想气体压强 温度的微观意义
• 气体分子的数密度 31019 个分子/cm3 • 气态难于压缩，表明气体分子靠近时有一定的斥力作用
• 通常情况下，质量相同的气体体积约为液体的1000倍， 表明气体分子之间有一定的间隙，分子间～1000 m/s ；
统计规律有以下几个特点：
■ 只对大量偶然事件才适用
被断定为必然的东西，是由纯粹的偶然性构成的，而所谓偶然的东西，是
一种有必然性隐藏在里面的形式。
高一物理气体压强与温度的关系

高一物理气体压强与温度的关系

高一物理气体压强与温度的关系在物理学中，气体的压强和温度相互关联，二者之间存在着一定的关系。

在这篇文章中，我们将会探讨气体压强与温度间的关系，并且介绍一些与此相关的物理概念和公式。

1. 定义1.1 压强压强表示某个物体对于单位面积接触面的压力，通常用帕斯卡（Pascal）来表示，记作Pa。

在气体中，可以用某一个气体分子撞击单位面积内的物体次数来描述气体的压强。

1.2 温度温度即是一个物体内部粒子的热运动状态的反映，通常以开尔文（Kelvin）作为单位进行度量。

在热力学指标里面，温度一定程度上代表了分子平均运动的速度。

2. 理论背景气体中分子作为质点，不断地做着无规则高速的运动。

在容器壁上的撞击，就会产生一个推力。

气体在某一部分的区域内壁面单位面积上所受到的压力就是该区域内气体的压强。

亦即，分子运动所产生的彼此撞击所表现出的一种宏观现象。

这种现象是好多重要的应用和能量转换的基础。

在温度上升时，气体分子的平均热运动速度也随之增加。

当气体内的分子运动速度增加时，它们撞击容器表面的频率也会相对增加，这就导致气体压强的提高。

因此，高温气体比低温气体的压强更大。

3. 热力学公式以下是一些气体压强和温度之间相关的公式：3.1 热力学温标公式Celsius温标的原理是以水的冰点和沸点为基准，将这个温距分成100份。

Kelvin温标的原理是以-273.15°C为0K，将温度按相同比例度量出来。

在这种情况下， Kelvin温标下的热力学温标定律可以被表述为如下比例：T(K)=T(℃)+273.153.2 相对压强公式所谓相对压强，就是相对于大气压的压强，我们通常称之为“气压”。

在这种情况下，相对压强是指气体与大气之间的压强差值。

相对压强的表示公式如下所示：P=P0+ρgℎ其中，P0代表大气压，ρ代表气体的密度，g代表重力加速度，h代表气体距地面的高度。

3.3 理想气体状态方程热力学中，理想气体定义为一个气体，其分子体积可以忽略不计，且分子间作用力可以忽略不计的气体。

物理学教学ppt§4-2压强和温度的微观解释

物理学教学ppt§4-2压强和温度的微观解释


2 物质分子处于不停顿的无规则运动状态
由于分子之间频繁的 碰撞,使分子运动速度 的大小跳跃地改变着, 运动的方向无定向地 改变着.
物质分子都在不停 顿地作无规则运动.
与整体、定向运动不 同，质心动量为零.
布朗运动
3 分子之间存在相互作用 分子之间既有引力又有斥力。
图为分子力f与分子间距r 的关系曲线.
v1 °
v´1
z
x
第二步 A1 面1秒钟受到a分子的总冲量
a分子在A1,A2之间往返一次所需时间为
t 2x
vx
则1秒内a分子与A1碰撞次数
y
1 vx
t 2x
A2
• vx
1秒钟A1受到a分子的总冲量
v1
2mvx
vx 2x
mvx2 x
z
v´1
x
A1 y °
z
1秒钟A1受到a分子的总冲量
2mvx
压强公式是一个统计规律，而不是力学规律.
4 理想气体的温度公式
由理想气体状态方程
p= nkT k R 玻耳兹曼常量
NA
由压强公式
p
2 3
n t
t
1 2
mv2
看出
t
3 2
kT
只与温度有关。
说明:
1) 平衡态下分子平均平动动能正比于气体的温度.
2) 温度标志物体内部分子无规运动的剧烈程度。 温度是统计概念，只能用于大量分子.
3.统计平均值
测量物理量M: M1、M2、Mn出现次数分别为N1、 N2、Nn
M的算术平均值为
N足够大：平均值 真实值 ----统计平均值
三、理想气体的压强和温度 1 理想气体的微观模型 (1) 分子当作质点，不占体积；