高考物理 8.3 理想气体的状态方程课件 新人教版选修33.ppt

3理想气体的状态方程 1 了解理想气体的模型 并知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体 2 能够应用气体实验定律推出理想气体的状态方程 3 掌握理想气体状态方程的内容和表达式 并能应用方程解决实际问题 4 通过由气体的实验定律推出理想气体的状态方程 培养学生的推理能力和抽象思维能力 重点 理想气体的状态方程及应用 难点 1 理想气体 这一概念的理解 2 理想气体状态方程的推导 一 理想气体1 理想气体 在 下都遵从气体实验定律的气体 2 理想气体是一种经科学抽象而建立的 实际气体在温度不低于零下 压强不超过 时 都可以当成理想气体来处理 任何温度 任何压强 理想化模型 几十摄氏度 大气压的几倍 二 理想气体的状态方程1 内容 一定质量的某种理想气体 在从状态1变化到状态2时 尽管其p v t都可能改变 但是 的乘积与 的比值 2 理想气体状态方程表达式 或 恒量 3 成立条件 一定质量的 压强跟体积 热力学温度 保持不变 理想气体 4 理想气体状态方程与实验定律的关系 1 当一定质量理想气体 不变时 由理想气体状态方程得pv c 即 2 当一定质量理想气体 不变时 由理想气体状态方程得p t c 即 3 当一定质量理想气体 不变时 由理想气体状态方程得v t c 即 温度 玻意耳定律 体积 查理定律 压强 盖 吕萨克定律 判一判 1 实际气体在常温常压下都可看做理想气体 2 当一定质量理想气体的温度升高时 气体的内能一定增大 3 一定质量的理想气体从状态1变化到状态2 经历的过程不同 状态参量的变化不同 4 中的c是一个与气体p v t有关的常量 5 一定质量的理想气体状态变化时 不可能只有一个状态参量发生变化 提示 1 实际气体在常温常压下都遵从气体实验定律 因此实际气体在常温常压下都可看做理想气体 所以 1 正确 2 对于理想气体的内能只考虑分子动能而不考虑分子势能 当温度升高时 分子平均动能增大 内能增大 所以 2 正确 3 一定质量的理想气体从状态1变化到状态2时状态参量之间的关系 只跟这两个状态有关 与中间过程无关 所以 3 错误 4 c是一个与气体质量和种类有关而与气体的p v t无关的常量 所以 4 错误 5 根据理想气体状态方程可知 当一定质量的理想气体状态变化时 不可能只有一个状态参量发生变化 所以 5 正确 理想气体1 玻意耳定律 查理定律和盖 吕萨克定律是实验定律 三个定律成立的共同条件是什么 提示 都是在压强不太大 和大气压强相比 温度不太低 和室温相比 的条件下成立的 2 实际气体严格遵守气体实验定律吗 提示 当气体的压强很大 温度很低时 由气体实验定律得出的结果和实际测量的结果有很大的差别 所以实际气体并不严格遵守气体实验定律 3 实际气体在什么条件下可以当成理想气体来处理 提示 在温度不低于零下几十摄氏度 压强不超过大气压的几倍时 把实际气体当成理想气体来处理 误差很小 可是计算起来却简便多了 知识点拨 1 理想气体的特点 1 宏观上理想气体是严格遵从气体实验定律的气体 它是一种理想化模型 2 微观上 理想气体分子本身的大小可以忽略不计 分子可视为质点 理想气体分子除碰撞外 分子间的相互作用力忽略不计 2 理想气体的内能理想气体的内能只有分子动能 即一定质量的理想气体的内能完全由温度决定 探究归纳 1 理想气体是一种经科学抽象而建立的理想化模型 2 实际气体在常温常压下都可看做理想气体 典例1 关于理想气体的特点 下列说法中正确的是 a 理想气体是一种理想化的物理模型 实际并不存在b 所有的实际气体在任何情况下 都可以看成理想气体c 一定质量的理想气体 如果内能增大 其温度一定升高d 氦气是液化温度最低的气体 所以氦气在任何情况下均可视为理想气体 思路点拨 解答本题要把握以下三点 1 理想气体的概念 2 实际气体看做理想气体的条件 3 理想气体内能的特点 解析 选a c 理想气体是为了研究气体的方便而建立的一种理想化模型 实际并不存在 a正确 任何实际气体在温度太低 压强太大时就不能不考虑分子的大小和分子间的作用力了 这时气体实验定律不再成立 气体也不再是理想气体 所以b和d错误 一定质量的理想气体的内能只取决于气体的温度 内能增大 温度一定升高 c正确 变式训练 表中列举了几种常见气体在0 和不同压强下 压强和体积的乘积pv的实验值 实验所取的气体在0 1 013 105pa时的体积为1l p p 1 013 105pa 请你从表格所列数据中 分析气体在等温情况下与实验定律 玻意耳定律 的符合程度 解析 从表中数据可以看出 在气体压强为1 013 105pa到1 013 107pa之间时 实验结果与玻意耳定律相差不大 压强超过1 013 107pa时 实验值与理论值之间已有显著偏离 当压强达到1 013 108pa时 气体实验定律已完全不能适用了 答案 见解析 探究理想气体的状态方程1 推导 理想气体状态方程 可以按照气体先等温变化 后等容变化两个过程进行 能否按照先等容 后等压的变化过程推导出理想气体状态方程 如果能 列出推导过程 思路分析 一定质量的某种理想气体由初态 p1 v1 t1 变化到末态 p2 v2 t2 因气体遵从三个气体实验定律 我们可以从三个定律中任意选取其中两个 通过一个中间状态 建立两个方程 解方程消去中间状态参量便可得到理想气体状态方程 提示 1 能推导出理想气体状态方程 2 先进行等容变化 由查理定律 再经过等压变化 由盖 吕萨克定律 两公式消去tb 得 即得到理想气体状态方程 2 理想气体状态方程的推导过程有几种组合方式 说明什么问题 提示 理想气体状态方程的推导过程有六种组合方式 即 说明从初态到末态各两个状态参量之间的关系 只跟这两个状态有关 与中间过程无关 误区警示 理想气体状态方程的推导引入了中间状态 学生很容易错认为初末两个状态参量之间的关系和中间过程有关 这里教师要向学生明确初末两个状态参量之间的关系 只跟这两个状态有关 与中间过程无关 引入中间过程只是为了方便研究初末两个状态参量之间存在关系的一种手段而已 3 请根据一定质量的理想气体的状态方程推导出含有密度的表达式 提示 一定质量的理想气体的状态方程为 等式两边分别除以被研究气体的质量m 可以得到方程 这就是一定质量的理想气体的状态方程含有密度的表达式 知识点拨 与恒量c有关的因素理想气体的状态方程 与恒量c有关的因素有两个 1 理想气体的质量 2 理想气体的种类 也就是说 相同种类的质量相同的理想气体 常量c就相同 规律方法 气体状态方程口诀研究气体定质量 确定状态找参量 绝对温度用大t 体积就是容积量 压强分析封闭气 牛顿定律帮你忙 状态参量要找准 pv比t是恒量 探究归纳 1 理想气体的状态参量只与初 末状态有关 与中间过程无关 2 一定质量的理想气体状态方程的密度的表达式 典例2 一活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内 初始时气体体积为3 0 10 3m3 用dis实验系统测得此时气体的温度和压强分别为300k和1 0 105pa 推动活塞压缩气体 稳定后测得气体的温度和压强分别为320k和1 6 105pa 1 求此时气体的体积 2 保持温度不变 缓慢改变作用在活塞上的力 使气体压强变为8 0 104pa 求此时气体的体积 解析 1 对缸内封闭气体初态 p1 1 0 105pa v1 3 0 10 3m3 t1 300k末态 p2 1 6 105pa v2 t2 320k由理想气体状态方程可知所以 2 0 10 3m3即末态时气体体积为2 0 10 3m3 2 当气体保持t2不变 变到状态3时为等温变化 最后状态 p3 0 8 105pa v3由玻意耳定律p2v2 p3v3得答案 1 2 0 10 3m3 2 4 0 10 3m3 规律方法 应用理想气体状态方程解题的基本步骤 1 根据题意确定一定质量的气体为研究对象 2 确定初末状态 分别找出初 末状态的状态参量 其中对压强的分析是解题的关键 若研究对象是相互关联的两部分气体 应注意找出它们压强或体积之间的关系 3 根据状态的变化选用相应的定律建立方程 4 统一各量单位 然后将数值代入方程式求解 用公式解题时 要求公式两边p v t的单位分别一致即可 不一定采用国际单位 变式训练 一定质量的理想气体 处在某一状态 经下列哪个过程后会回到原来的温度 a 先保持压强不变而使它的体积膨胀 接着保持体积不变而减小压强b 先保持压强不变而使它的体积减小 接着保持体积不变而减小压强c 先保持体积不变而增大压强 接着保持压强不变而使它的体积膨胀d 先保持体积不变而减小压强 接着保持压强不变而使它的体积膨胀 解析 选a d 本题应用理想气体状态方程即可以判断 选项a 先p不变v增大 则t升高 再v不变p减小 则t降低 可能回到初始温度 a正确 对选项b 先p不变v减小 则t降低 再v不变p减小 则t又降低 不可能回到初始温度 b错误 对选项c 先v不变p增大 则t升高 再p不变v增大 则t又升高 不可能回到初始温度 c错误 对选项d 先v不变p减小 则t降低 再p不变v增大 则t升高 可能回到初始温度 d正确 温馨提示 对于一定质量的理想气体 可以方便的应用实验定律或理想气体状态方程解决 但我们也经常遇到两部分气体关联的问题 这时我们要抓住两部分气体之间的联系 正确选取研究对象 应用状态方程即可解决 典例 2012 杭州高二检测 用钉子固定的活塞把容器分成a b两部分 其容积之比va vb 2 1 如图所示 起初a中空气温度为127 压强1 8 105pa b中空气温度为27 压强为1 2 105pa 拔去钉子 使活塞可以无摩擦地移动但不漏气 由于容器壁缓慢导热 最后都变成室温27 活塞也停住 求最后a b中气体的压强 思路点拨 解答本题要把握以下四点 1 要正确选择研究对象 2