师：同学们，大家好。今天我们学习粤教版高二物理第二单元第三节气体实验定律的微观解释。在新课之前，我们先来回顾本章前两节所学的内容。
第一，玻意耳定律：一定质量的气体在温度不变的情况下，其压强(p)与体积(v)成反比，公式写为(p\times v = C_1)（(C_1)为定值）。
第二，查理定律：一定质量的气体在体积不变的情况下，压强(p)与热力学温度(T)成正比，公式写为(\frac{p}{T} = C_2)（(C_2)为定值）。
第三，盖 - 吕萨克定律：一定质量的气体在压强不变的情况下，其体积(v)与热力学温度(T)成正比，公式写为(\frac{v}{T} = C_3)（(C_3)为定值）。
玻意耳定律、查理定律和盖 - 吕萨克定律这三个定律都是通过实验研究获得的，人们将这三个定律统称为气体实验定律，它们反映了一定质量的气体温度、体积、压强三个参量之间的变化关系。下面我们将从微观的角度探寻气体状态参量的变化遵循气体实验定律的缘由。
我们先来看一段雨打芭蕉的视频，芭蕉叶会抖动，说明雨点打到芭蕉叶上给了芭蕉叶力的作用。我们可以看到，当雨点比较稀疏时，作用力是断续的，所以芭蕉叶会抖动；但当雨点比较密集时，作用力是持续的。我们都有这样的经验，当稀疏的雨点打在雨伞上时，我们感到伞上各处受力是不均匀的，而且是断续的；但当密集的雨点打到伞上时，就会感到雨伞受到一个均匀的、持续的压力。
如图所示，在初中我们学过，物体所受压力(F)的大小与受力面积(S)之比叫做压强(p)，公式写为(p = \frac{F}{S})。也就是说，当密集的雨点打到伞上时，对雨伞表面产生了压强。我们回顾上一章所学过的分子动理论知识：物体由大量分子组成，单位体积内分子数非常巨大；分子在永不停息地做无规则热运动，气体分子之间、分子与容器壁的碰撞非常频繁。气体压强的产生原因与雨滴打在芭蕉叶或伞上类似，气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁的结果。单个分子对器壁的冲击力是短暂的，但大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续的、均匀的压力。所以从分子动理论的观点来看，气体压强是大量分子对器壁作用的宏观效果，大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
那么单个分子对器壁的作用力跟什么因素有关呢？我们利用动量定理做一个简化的推导。把一个分子看作一个质量为(m)的弹性小球，如图所示，小球以垂直于器壁的初速度(v)撞向器壁。因为是弹性碰撞，反弹后速度(v_1^\prime = -v)。设碰撞过程中器壁对小球的平均作用力大小为(F)，作用时间为(t)。根据动量定理(F\times t = mv - (-mv))，解得(F = \frac{2mv}{t})。根据牛顿第三定律，小球对器壁的冲力(F^\prime = F = \frac{2mv}{t})。因此，分子与容器壁碰撞的作用力与分子的质量以及碰撞的速率有关。
那么，大量的分子频繁地撞击器壁，产生的压强还跟什么因素有关呢？我们知道压强(p = \frac{F}{S})，如果单位体积内气体分子数目越多，那么碰撞到器壁单位面积上的分子数目就越多，单位面积上的平均作用力越大，则压强越大。因此气体压强还跟单位体积内的分子数目有关。下面我们来看一段实验视频，请同学们看实验结果能否验证我们的猜想呢。
本次实验我们将通过以下三个环节来进行：
一、将一颗玻璃珠从(10)厘米的高度落下，观察秤的指针摆动。
二、将(20)颗玻璃珠从(10)厘米的高度落下，观察秤的指针摆动。
三、将(20)颗玻璃珠从(20)厘米的高度落下，观察秤的指针摆动。
在实验中，我们需要用到以下实验器材：台秤、玻璃珠。
让一颗玻璃珠从距离秤盘(10)厘米处落下，观察秤的指针摆动的情况。我们慢动作回看一遍，发现秤的指针有一个较小幅度的摆动。
将(20)颗玻璃珠从相同的高度均匀连续地倒在秤盘上。我们慢动作回看一遍，观察秤的指针摆动的情况，发现秤的指针有一个持续的较大幅度的摆动。
将(20)颗玻璃珠从更高的位置倒在秤盘上。我们慢动作回看一遍，观察秤的指针摆动的情况，发现秤的指针有一个持续的、更大幅度的摆动。
在该实验中，我们用玻璃珠模拟气体分子，演示了气体压强产生的机理。通过观察秤的指针摆动的情况，我们发现当玻璃珠从同一高度下落时，数量越多，产生的压力越大；相同数量的玻璃珠从不同高度下落时，高度越高产生的压力越大。由实验可知，气体中大量的做无规则热运动的分子频繁持续地碰撞就产生了气体的压强。气体分子的密度越大，平均动能越大，产生的压强越大。
那么在上一章我们学过，尽管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，在不同温度下都呈中间多两头少的分布，如图所示。当温度升高时，分子热运动的平均速率或平均动能增大；当温度降低时，分子热运动的平均速率或平均动能减小。就大量分子而言，气体质量一定时，如果温度不变，体积减小，单位体积内气体分子数目越多，撞击器壁的分子数目越多，撞击的平均作用力越大，则压强越大；如果体积不变，温度越高，气体分子热运动的平均速率越大，撞击的平均作用力越大，则压强越大。于是我们能够总结出影响气体压强的两个因素，归纳为：
一、气体分子的密集程度。
二、气体分子的热运动平均速率。
接下来我们来看气体实验定律的微观解释。
第一，玻意耳定律的微观解释：一定质量的气体温度保持不变时，气体分子热运动的平均速率一定。若气体体积减小，分子的密集程度增大，气体压强增大；反之，若气体体积增大，分子的密集程度减小，则气体压强减小。如图所示。
第二，查理定律的微观解释：一定质量的气体体积保持不变时，分子的密集程度保持不变。若气体温度升高，分子的热运动平均速率增大，气体压强增大；反之，若气体温度降低，分子热运动的平均速率减小，气体压强减小。如图所示。
那么根据以上对玻意耳定律和查理定律的微观解释，同学们能否应用分子动理论和气体分子运动的统计规律解释盖 - 吕萨克定律呢？
第三，盖 - 吕萨克定律的微观解释：一定质量的气体温度降低时分子的热运动平均速率减小，只有气体的体积同时减小，使分子的密集程度增大，才能够保持压强不变。如图所示。
下面我们来看一道例题。封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持体积不变，当温度升高时，下列说法正确的是（ ）
A. 气体的密度变大
B. 气体的压强增大
C. 分子的平均动能减小
D. 气体在单位时间内撞击器壁单位面积的分子数增多
解析：气体的质量和体积都不发生变化，故密度不变，A项错；温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能增大，C项错；分子数不变，体积不变，但分子热运动的剧烈程度增加了，故单位时间内撞击器壁的分子数增多，气体压强增大，故BD正确。