第三节 气体的流动规律

第2课时热力环流与大气水平运动播放两幅图片,或者是微视频。

内容是火锅上空的水汽往上走;从冰箱里拿出来的冰块,放在桌面上,水汽往桌下沉。

通过对比,引导学生说出空气受热,气体膨胀上升;空气遇冷,气体收缩下沉。

进而引出本节课的内容——热力环流。

1.理解热力环流的形成原理和大气运动的根本原因。

2.运用各种示意图,说明大气运动状况。

理解大气水平气压梯度力、地转偏向力、近地面摩擦力对大气水平运动的影响。

一、热力环流(最基本的运动形式)1.概念:由于地面①而形成的空气环流。

2.气温与气压关系(近地面):气温高→气压②,气温低→气压③。

(高空与近地面气压状况相反)3.空气的垂直运动:温度高的地方气流④,温度低的地方气流⑤。

空气的垂直运动导致⑥上的气压差。

4.空气的水平运动:同一水平面上,大气由⑦的地方流向⑧的地方。

5.常见的热力环流(1)小尺度:城市风、海陆风、山谷风。

(2)大尺度:季风环流,赤道低压带、极地高压带的形成。

二、大气运动的基本原理⑨→空气的垂直运动→⑩→水平气压梯度力(原动力)→空气的→风。

三、大气的水平运动——风1.水平气压梯度力:形成风的原因,大小与气压梯度成,方向等压线,由高压区指向低压区。

2.地转偏向力:方向与物体的运动方向,北半球向右偏,南半球向左偏。

3.摩擦力:方向与风向,大小与距离地面高度成,高空可忽略不计。

4.风向(1)赤道:受水平气压梯度力(近地面有摩擦力)作用→风向等压线。

(2)其他纬度高空:受水平气压梯度力和地转偏向力作用→风向平行于等压线。

近地面:受水平气压梯度力、地转偏向力和摩擦力作用→风向与等压线斜交。

【答案】①冷热不均②低③高④上升⑤下沉⑥同一水平面⑦气压高⑧气压低⑨冷热不均⑩同一水平面上的气压差水平运动直接正比垂直于垂直相反反比垂直于1.大气运动的能量来源是什么?请简述大气运动的最简单形式。

【提示】大气运动的能量来源于太阳辐射。

大气运动的最简单形式是热力环流,是由于地面冷热不均而形成的空气环流。

第3节气体分子速率分布的统计规律学习目标:1．[物理观念］初步了解什么是“统计规律”．2．[科学思维］理解气体分子速率分布规律．一、偶然中的必然1．随机性必然事件：在一定条件下，必然出现的事件．不可能事件：在一定条件下,不可能出现的事件．随机事件：在一定条件下，可能出现，也可能不出现的事件．2．统计规律:大量的随机事件表现出的整体规律．二、气体分子速率分布规律1．气体分子速率的分布规律(1）图象如图所示．（1)规律：在一定温度下，不管个别分子怎样运动,气体的多数分子的速率都在某个数值附近,表现出“中间多、两头少”的分布规律．当温度升高时，“中间多、两头少”的分布规律不变，气体分子的速率增大，分布曲线的峰值向速率大的一方移动．2．气体温度的微观意义(1)温度越高,分子的热运动越剧烈．（2)理想气体的热力学温度T与分子的平均动能错误!k成正比，即T＝a E k，表明温度是分子平均动能的标志．1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1）大多数气体分子的速率处于中间值，少数分子的速率较大或较小．(√)（2）温度越高,分子的热运动越激烈,是指温度升高时，所有分子运动的速率都增大了．（×)（3）气体内部所有分子的动能都随温度的升高而增大．（×)(4）当温度发生变化时，气体分子的速率不再是“中间多、两头少”．（×)(5）某一时刻一个分子的速度大小和方向是偶然的．(√）（6）温度相同时,各种气体分子的平均速度都相同．（×）2．(多选)关于气体分子的运动情况,下列说法不正确的是(）A．某一时刻具有某一速率的分子数目是相等的B．某一时刻一个分子速度的大小和方向是偶然的C．某一温度下,大多数气体分子的速率不会发生变化D．分子的速率分布毫无规律ACD[具有某一速率的分子数目并不是相等的，呈“中间多、两头少”的统计规律分布,故A、D项错误;由于分子之间频繁地碰撞，分子随时都会改变自己的运动情况，因此在某一时刻，一个分子速度的大小和方向完全是偶然的，故B项正确;某一温度下，每个分子的速率仍然是随时变化的，只是分子运动的平均速率不变，故C项错误．］3．下面的表格是某地区1～7月气温与气压的对照表:7月与1月相比较，正确的是()A．空气分子无规则热运动的情况几乎不变B．空气分子无规则运动减弱了C．单位时间内空气分子对单位面积地面的撞击次数增多了D．单位时间内空气分子对单位面积地面撞击次数减少了D[由表中数据知，7月份与1月份相比，温度升高,压强减小,温度升高使气体分子热运动更加剧烈，空气分子与地面撞击一次对地面的冲量增大，而压强减小，单位时间内空气分子对单位面积地面的冲量减小．所以单位时间内空气分子对单位面积地面的撞击次数减少了，因而只有D项正确．］统计规律与气体分子运动特点(1)抛掷一枚硬币时，其正面有时向上，有时向下,抛掷次数较少和次数很多时，会有什么规律？（2）温度不变时，每个分子的速率都相同吗？温度升高,所有分子运动速率都增大吗？提示：(1)抛掷次数较少时，正面向上或向下完全是偶然的，但次数很多时，正面向上或向下的概率是相等的．(2)分子在做无规则运动,造成其速率有大有小．温度升高时，所有分子热运动的平均速率增大,即大部分分子的速率增大了，1．对统计规律的理解（1)个别事件的出现具有偶然因素,但大量事件出现的机会，却遵从一定的统计规律．（2）从微观角度看,由于气体是由数量极多的分子组成的，这些分子并没有统一的运动步调，单独来看，各个分子的运动都是不规则的，带有偶然性，但从总体来看，大量分子的运动却具有一定的规律．2．如何正确理解气体分子运动的特点（1)气体分子距离大（约为分子直径的10倍），分子力非常小(可忽略），可以自由运动，所以气体没有一定的体积和形状．(2)分子间的碰撞十分频繁，频繁的碰撞使每个分子速度的大小和方向频繁地发生改变,造成气体分子做杂乱无章的热运动，因此气体分子沿各个方向运动的机会(概率)相等．（3)大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少（速率大或小的分子数目少）的规律．(4)当温度升高时，“中间多”的这一“高峰”向速率大的一方移动，即速度大的分子数目增多，速率小的分子数目减小，分子的平均速率增大，分子的热运动剧烈，定量的分析表明理想气体的热力学温度T与分子的平均动能错误!k成正比，即T＝a错误!k，因此说，温度是分子平均动能的标志．【例】(多选)根据气体分子动理论，气体分子运动的剧烈程度与温度有关，下列表格中的数据是研究氧气分子速率分布规律而列出的．依据表格内容，以下四位同学所总结的规律正确的是（)A．不论温度多高，速率很大和很小的分子总是少数B．温度变化，表现出“中间多、两头少”的分布规律要改变C．某一温度下,速率都在某一数值附近,离开这个数值越远，分子越少D．温度增加时，速率小的分子数减少了ACD［温度变化,表现出“中间多、两头少”的分布规律是不会改变的,选项B错误；由气体分子运动的特点和统计规律可知，选项A、C、D描述正确．]气体分子速率分布规律(1）不同的气体在不同的温度下,该曲线是不同的,即使对同一种气体,由于温度不同，曲线也不相同，并且温度升高，速率大的分子所占的比率增加，速率小的分子所占的比率减小．(2）温度升高，气体分子的平均速率变大，但具体到某一个气体分子,速率可能变大也可能变小，无法确定．[跟进训练](多选)如图所示是氧气在0 ℃和100 ℃两种不同温度下，各速率区间的分子数占总分子数的百分比与分子的速率间的关系．由图可知下列说法正确的是（）A．100 ℃的氧气，速率大的分子比例较多B．具有最大比例的速率区间，0 ℃时对应的速率大C．温度越高，分子的平均速率越大D．在0 ℃时，也有一部分分子的速率比较大，说明气体内部有温度较高的区域AC［同一温度下，中等速率大的氧气分子数所占的比例大．温度升高时，速率大的氧气分子数增加，使得氧气分子的平均速率增大,100 ℃的氧气，速率大的分子比例较多，由图像可知，0 ℃时的最大比例值大，但对应的分子速率小于100 ℃时的情况，A正确，B错误；温度升高，分子的运动加剧，使得氧气分子的平均速率增大,C正确；温度是分子平均动能的标志，与个别分子速率大小无关，气体内部温度相同,D错误．］1．某种气体在不同温度下的分子速率分布曲线如图所示，f （v）表示分子速率v附近单位速率区间内的分子数百分率。

初中化学气体流动教案
一、教学目标：
1. 理解气体的分子运动规律；
2. 掌握气体的流动规律；
3. 能够解释气体流动的原理；
4. 能应用所学知识解决相关问题。

二、教学重点和难点：
1. 气体的分子运动规律；
2. 气体的流动规律。

三、教学准备：
1. 课件、实验装置、实验物品；
2. 学生活动手册、笔记本等。

四、教学过程：
1. 气体的分子运动规律
（1）教师引导学生观察实验装置，让学生思考气体分子是如何运动的；（2）介绍气体分子的自由运动和速度分布；
（3）让学生通过实验观察气体的分子运动规律。

2. 气体的流动规律
（1）介绍气体的流动规律和速度分布；
（2）让学生通过实验观察气体的流动规律；
（3）讨论气体流动的原理和影响因素。

3. 总结与拓展
（1）总结气体分子的运动和流动规律；
（2）让学生练习相关题目，加深理解；
（3）拓展气体流动在工业生产中的应用。

五、教学反馈：
1. 师生互动，总结本节课的重点知识；
2. 师生互动，解答学生提出的疑问；
3. 鼓励学生思考，提出自己的见解。

六、布置作业：
1. 完成相关练习题；
2. 阅读相关教材，扩展知识。

七、教学反思：
1. 教学过程是否清晰流畅；
2. 学生是否能够准确理解和掌握知识；
3. 后续教学如何开展，如何提高教学效果。

气体的性质与运动规律气体是一种物质的存在形式，它具有独特的性质和运动规律。

本文将从气体的性质、气体分子的运动规律以及气体状态方程三个方面进行探讨。

一、气体的性质1. 可压缩性：相对于固体和液体而言，气体具有明显的可压缩性。

当外界对气体施加压力时，气体体积会减小。

这是由于气体分子之间的间隔较大，分子之间的引力相对较弱，所以气体更容易被压缩。

2. 可扩散性：气体具有很高的扩散性，即气体分子在容器中能够自由运动并扩散到容器的各个角落。

这是由于气体分子间的间隔较大，分子之间几乎没有相互作用力，所以能够自由运动。

3. 压强与温度成正比：根据理想气体状态方程PV=nRT（其中P为气体的压强，V为气体的体积，n为气体的物质量，R为气体常数，T为气体的温度），可以得知气体的压强与温度成正比。

二、气体分子的运动规律1. 自由运动：气体分子的运动是自由的，它们可以沿着各个方向匀速运动。

在气体的容器中，分子的运动速度是随机的，具有高度的无序性。

2. 碰撞运动：气体分子之间存在着碰撞运动，当两个分子碰撞时，它们会发生能量和动量的交换，并遵循动量守恒定律和能量守恒定律。

3. 动能与温度成正比：根据气体分子动能的平均值公式KE=3/2kT （其中KE为动能，k为波尔兹曼常数，T为温度），可以得知气体分子的平均动能与温度成正比。

三、气体状态方程理想气体状态方程PV=nRT是描述气体状态的重要方程。

其中P为气体的压强，V为气体的体积，n为气体的物质量，R为气体常数，T为气体的温度。

这个方程表明，在一定的温度和物质量下，气体的压强与体积成反比，与温度成正比。

除了理想气体状态方程，还有实际气体状态方程，如范德瓦尔斯方程和柯西方程。

这些方程修正了理想气体模型中的假设，并更准确地描述了实际气体的行为。

总结：气体具有可压缩性和可扩散性等独特性质，气体分子的运动是自由的，具有高度的无序性。

气体的状态可以用气体状态方程来描述，其中理想气体状态方程是最常用的。

第七章 气体的流动(Gas Flow)第一节 气体在喷管和扩压管中的流动主题1：喷管和扩压管的断面变化规律一、稳定流动基本方程气体在喷管和扩压管中的流动过程作可逆绝热过程，气体流动过程所依据的基本方程式有：连续性方程式、能量方程式、及状态方程式。

１、连续性方程连续性方程反映了气体流动时质量守恒的规律。

定值=⋅=vf mg ω写成微分形式ggd v dv f df ωω-=7-1它给出了流速、截面面积和比容之间的关系。

连续性方程从质量守恒原理推得，所以普遍适用于稳定流动过程，即不论流体的性质如何（液体和气体），或过程是否可逆。

２、能量方程能量方程反映了气体流动时能量转换的规律。

由式（3-8），对于喷管和扩压管中的稳定绝热流动过程，212122)(21h h g g -=-ωω 写成微分形式dh d g -=221ω7-2３、过程方程过程方程反映了气体流动时的状态变化规律。

对于绝热过程，在每一截面上，气体基本热力学状态参数之间的关系：定值=k pv写成微分式0=+vdv k p dp 7-3二、音速和马赫数音速是决定于介质的性质及介质状态的一个参数，在理想气体中音速可表示为kRT kpv a ==7-4因为音速的大小与气体的状态有关，所以音速是指某一状态的音速，称为当地音速。

流速与声速的比值称为马赫数：M ag=ω 7-5利用马赫数可将气体流动分类为：m 2g v 222图7-1管道稳定流动示意图亚声速流动：1<M a g <ω超声速流动：1>M a g >ω 临界流动： 1=Ma g =ω三、促使气体流速变化的条件 1、力学条件由式（3-5），对于开口系统可逆稳定流动过程，能量方程⎰-∆=21vdp h q 或 vdp dh q -=δ，式中0=q δ所以 vdp dh = 7-6 联合（7-2）和（7-6）vdp d g g -=ωω7-7由式7-7可见，气体在流动中流速变化与压力变化的符号始终相反，表明气流在流动中因膨胀而压力下降时，流速增加；如气流被压缩而压力升高时，则流速必降低。

三个传递：动量传递、热量传递和质量传递三大守恒定律：质量守恒定律——物料衡算；能量守恒定律——能量衡算；动量守恒定律——动量衡算第一节 流体静止的基本方程一、密度1. 气体密度：RTpM V m ==ρ2. 液体均相混合物密度：nma a a ρρρρn22111+++=（m ρ—混合液体的密度，a —各组分质量分数，n ρ—各组分密度）3. 气体混合物密度：n n mρϕρϕρϕρ+++= 2211（m ρ—混合气体的密度，ϕ—各组分体积分数）4. 压力或温度改变时，密度随之改变很小的流体成为不可压缩流体（液体）；若有显著的改变则称为可压缩流体（气体）。

二、.压力表示方法1、常见压力单位及其换算关系：mmHgO mH MPa kPa Pa atm 76033.101013.03.10110130012=====2、压力的两种基准表示：绝压（以绝对真空为基准）、表压（真空度）（以当地大气压为基准，由压力表或真空表测出） 表压 = 绝压—当地大气压 真空度 = 当地大气压—绝压三、流体静力学方程1、静止流体内部任一点的压力，称为该点的经压力，其特点为： （1）从各方向作用于某点上的静压力相等； （2）静压力的方向垂直于任一通过该点的作用平面；（3）在重力场中，同一水平面面上各点的静压力相等，高度不同的水平面的经压力岁位置的高低而变化。

2、流体静力学方程（适用于重力场中静止的、连续的不可压缩流体）)(2112z z g p p -+=ρ)(2121z z g pg p -+=ρρ p z gp=ρ（容器内盛液体，上部与大气相通，g p ρ/—静压头，“头”—液位高度，p z —位压头 或位头）上式表明：静止流体内部某一水平面上的压力与其位置及流体密度有关，所在位置与低则压力愈大。

1、U 形管压差计指示液要与被测流体不互溶，且其密度比被测流体的大。

测量液体：)()(12021z z g gR p p -+-=-ρρρ 测量气体：gR p p 021ρ=-2、双液体U 形管压差计 gR p p )(1221ρρ-=-第二节 流体流动的基本方程一、基本概念1、体积流量（流量s V ）：流体单位时间内流过管路任意流量截面（管路横截面）的体积。

第三节气体在级中流动的概念及基本方程工作原理类似离心泵工作原理类似离心泵，，只是气体与液体介质不同•能头相同能头相同，，压力增加小压力增加小--流体力学知识流体力学知识；；依据欧拉方程依据欧拉方程，，提高转速提高转速、、增加能头增加能头；；•转速高转速高－－流体速度高流体速度高－－损失大损失大、、超音速超音速；；•气体可压缩气体可压缩，，压力和温度同时变化－热力过程热力过程－－工程热力学知识热力学知识；；•泵特性参数：流量流量、、扬程扬程、、气蚀余量气蚀余量、、功率功率、、效率效率；；•压缩机流量、压比压比、、功率功率、、效率效率；；•级是基本单元级是基本单元,,注意掌握级的流动规律和性能注意掌握级的流动规律和性能。

级的分类级的分类：：有三种级有三种级：：首级首级、、中间级中间级、、末级首级：叶轮叶轮、、扩压器扩压器、、弯道弯道、、回流器回流器、、进气室组成中间级中间级：：叶轮叶轮、、扩压器扩压器、、弯道弯道、、回流器组成末级：叶轮叶轮、、扩压器扩压器、、排气蜗壳排气蜗壳，，有的没有扩压器首级中间级末级特性截面的划分特性截面的划分：：为了便于分析为了便于分析，，通常只着重研究几个特征截面上的气流参数特征截面上的气流参数。

S -S——进气管进口进气管进口（（在进口法兰上在进口法兰上））0-0——叶轮进口1-1——叶片入口叶片入口（（不一定是叶轮入口不一定是叶轮入口））2-2——叶片出口叶片出口（（不一定是叶轮出口不一定是叶轮出口））3-3——扩压器进口4-4——扩压器出口弯道进口5-5——回流器进口弯道出口6-6——回流器出口0–0’——级出口级出口，，下一级进口下一级进口，，末级用7-7 ——蜗壳进口一、欧拉方程1、速度三角形与离心泵一样与离心泵一样，，假设气体流动是一元定常流.2、连续性方程的应用质量守恒质量守恒－－定常流时通过任意截面的气体质量是一定的定常流时通过任意截面的气体质量是一定的。