高中物理 第八章 气体 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 读一读 思一思 辨一辨 议一议 一 理想气体阅读教材第23页 理想气体 部分 知道什么是理想气体 能够比较理想气体和实际气体 1 什么是理想气体 答案 在任何温度 任何压强下都遵从气体实验定律的气体叫作理想气体 2 实际气体可视为理想气体的条件是什么 答案 实际气体在温度不太低 不低于零下几十摄氏度 压强不太高 不超过大气压的几倍 时 可以当成理想气体 读一读 思一思 辨一辨 议一议 二 理想气体的状态方程阅读教材第24页 理想气体的状态方程 部分 了解理想气体的状态方程 知道该方程及其适用条件 1 内容 一定质量的某种理想气体 在从一个状态变化到另一个状态时 尽管p v t都可能改变 但是压强与体积的乘积与热力学温度的比值保持不变 3 适用条件 一定质量的理想气体 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 理想气体状态方程与气体实验定律的关系 1 当一定质量理想气体温度不变时 由理想气体状态方程得pv c 即玻意耳定律 2 当一定质量理想气体体积不变时 由理想气体状态方程得 即查理定律 3 当一定质量理想气体压强不变时 由理想气体状态方程得 即盖 吕萨克定律 读一读 思一思 辨一辨 议一议 1 思考辨析 1 一定质量的气体体积 压强不变 只有温度升高 解析 描述气体的三个状态参量只有一个变化是不可能的 答案 2 对于不同的理想气体 其状态方程pvt c 恒量 中的c相同 解析 c与p v t无关 答案 3 一定质量的理想气体压强增大到原来的2倍 体积不变 则热力学温度增大到原来的2倍 解析 根据pvt c可判断此说法正确 该气体在做等容变化 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 4 在应用理想气体状态方程时 所有物理量的单位都必须使用国际单位制中的单位 解析 方程代入数据计算前 必须先统一单位 p v初 末单位各自相同即可 不一定全为国际单位 但t必须用热力学温度 答案 读一读 思一思 辨一辨 议一议 2 探究讨论 1 为什么需要引入理想气体的概念 答案 由于气体实验定律只在压强不太大 温度不太低的条件下 理论结果与实验测量结果一致 为了使气体在任何温度 压强下都遵从实验定律 才引入了一种气体 理想气体 2 在生产和生活实际中是否存在理想气体 研究理想气体有何意义 答案 理想气体是一种理想模型 实际中并不存在 理想气体是对实际气体的科学抽象 考虑主要因素 忽略次要因素 使气体状态变化的问题易于分析和计算 读一读 思一思 辨一辨 议一议 3 教材推导理想气体状态方程的过程中先后经历了等温变化 等容变化两个过程 是否表示始末状态参量的关系与中间过程有关 答案 与中间过程无关 中间过程只是为了应用已学过的规律 如玻意耳定律 查理定律等 研究始末状态参量之间的关系而采用的一种手段 探究一 探究二 问题导引请结合状态参量pa va ta与pc vc tc 让气体先经历等容过程 再经历等压过程 来推导出理想气体状态方程 探究一 探究二 名师精讲1 理想气体状态方程与气体实验定律由此可见 三个气体实验定律是理想气体状态方程的特例 探究一 探究二 2 理想气体状态方程的应用要点 1 选对象 根据题意 选出所研究的某一部分气体 这部分气体在状态变化过程中 其质量必须保持一定 2 找参量 找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p v t数值或表达式 压强的确定往往是个关键 常需结合力学知识 如力的平衡条件或牛顿运动定律 才能写出表达式 3 认过程 过程表示两个状态之间的一种变化式 除题中条件已直接指明外 在许多情况下 往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析中才能确定 认清变化过程是正确选用物理规律的前提 4 列方程 根据研究对象状态变化的具体方式 选用理想气体状态方程或某一实验定律 代入具体数值 t必须用热力学温度 p v的单位要统一 最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义 探究一 探究二 典例剖析 例题1 导学号60854046如图 绝热汽缸a与导热汽缸b横截面积相同 均固定于地面 由刚性杆连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦 两汽缸内都装有处于平衡状态的理想气体 开始时体积均为v0 温度均为t0 缓慢加热a中气体 停止加热达到稳定后 a中气体压强变为原来的1 2倍 设环境温度始终保持不变 求汽缸a中气体的体积va和温度ta 探究一 探究二 思考问题 1 b中气体发生的是什么变化 提示因为汽缸b导热 所以b中气体始末状态温度相等 发生的是等温变化 2 a b两气体体积有什么联系 提示因为是刚性杆连接的绝热活塞 又a b两个汽缸截面积相等 所以a b体积之和不变 即va vb 2v0 解析 设初态压强为p0 膨胀后a b压强相等 均为1 2p0 b中气体始末状态温度相等 则有p0v0 1 2p0 2v0 va 探究一 探究二 归纳总结对于一定质量的理想气体 由状态方程可知 当其中一个状态参量发生变化时 一定会引起另外一个状态参量发生变化或另外两个状态参量都发生变化 分析时抓住三个状态参量之间的物理关系是解决此类问题的关键 探究一 探究二 变式训练1一个半径为0 1cm的气泡 从18m深的湖底上升 如果湖底水的温度是8 湖面的温度是24 湖面的大气压强相当于76cm高水银柱产生的压强 即101kpa 那么气泡升至湖面时体积是多少 水 1 0g cm3 g取9 8m s2 解析 由题意可知18m深处气泡体积v1 r3 4 19 10 3cm3p1 p0 水gh水 277 4kpat1 273 8 k 281kp2 101kpat2 273 24 k 297k答案 0 012cm3 探究一 探究二 问题导引如图所示 一定质量的理想气体从状态a变化到状态b 再从状态b变化到状态c 已知状态a的温度为480k 气体在状态b c时的温度各是多少 要点提示由理想气体状态方程得a c两状态体积相等 则由查理定律得 探究一 探究二 名师精讲1 一定质量的理想气体不同状态变化图象的比较 探究一 探究二 探究一 探究二 探究一 探究二 2 一定质量的理想气体一般状态图象的处理方法基本方法 化 一般 为 特殊 如图是一定质量的某种气体的状态变化过程a b c a 在v t图线上 等压线是一簇延长线过原点的直线 过a b c三点作三条等压线分别表示三个等压状态 由图可知pa pb pc 即pa pb pc 所以a b压强增大 温度降低 体积缩小 b c温度升高 体积减小 压强增大 c a温度降低 体积增大 压强减小 探究一 探究二 典例剖析 例题2 内壁光滑的导热汽缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中 用不计质量的活塞封闭压强为1 0 105pa 体积为2 0 10 3m3的理想气体 现在活塞上方缓缓倒上沙子 使封闭气体的体积变为原来的一半 然后将汽缸移出水槽 缓慢加热 使气体温度变为127 大气压强为1 0 105pa 1 求汽缸内气体的最终体积 保留三位有效数字 2 在如图所示的p v图上画出整个过程中汽缸内气体的状态变化 探究一 探究二 思考问题 1 气体发生了哪些状态变化 提示在活塞上方缓缓倒沙子的过程是一个等温变化过程 缓慢加热的过程是一个等压变化过程 2 如何在p v图象上表示等压过程 等容过程和等温过程 提示等压过程的图线为平行于v轴的直线 等容过程的图线为平行于p轴的直线 等温过程的图线为双曲线的一支 解析 1 在活塞上方倒沙的全过程中温度保持不变 即p0v0 p1v1 解得p1 2 0 105pa 在缓慢加热到127 的过程中压强保持不变 2 如图所示答案 1 1 5 10 3m3 2 见解析 探究一 探究二 归纳总结理想气体状态变化时注意转折点的确定转折点是两个状态变化过程的分界点 挖掘隐含条件 找出转折点是应用理想气体状态方程解决气体状态变化问题的关键 探究一 探究二 变式训练2导学号60854047一定质量的气体 在状态变化过程中的p t图象如图所示 在a状态时的体积为v0 试画出对应的v t图象和p v图象 标注字母和箭头 探究一 探究二 解析 根据理想气体状态方程 有 解得a到b是等温变化 b到c是等压变化 c到a是等容变化 作出对应的v t图象和p v图象如图所示 答案 见解析 1 2 3 4 5 1 对理想气体的理解 关于理想气体 下列说法不正确的是 a 理想气体能严格遵守气体实验定律b 实际气体在温度不太高 压强不太小的情况下 可看成理想气体c 实际气体在温度不太低 压强不太大的情况下 可看成理想气体d 所有的实际气体在任何情况下 都可以看成理想气体解析 理想气体是在任何温度 任何压强下都严格遵守气体实验定律的气体 选项a正确 它是实际气体在温度不太低 压强不太大的情况下的近似 故选项c正确 选项b d错误 答案 bd 1 2 3 4 5 2 理想气体状态方程的理解 关于理想气体的状态变化 下列说法正确的是 a 一定质量的理想气体 当压强不变而温度由100 上升到200 时 其体积增大为原来的2倍b 一定质量的理想气体由状态1变到状态2时 一定满足方程c 一定质量的理想气体体积增大到原来的4倍 可能是压强减半 热力学温度加倍d 一定质量的理想气体压强增大到原来的4倍 可能是体积加倍 热力学温度减半 1 2 3 4 5 解析 理想气体状态方程中的温度是热力学温度 不是摄氏温度 选项a错误 选项b正确 将数据代入公式中即可判断选项c正确 选项d错误 答案 bc 1 2 3 4 5 3 理想气体状态变化的图象 如图所示 a b c三点表示一定质量理想气体的三个状态 则气体在a b c三个状态的热力学温度之比是 a 1 1 1b 1 2 1c 3 4 3d 1 2 3解析 根据理想气体状态方程可知 t pv 所以ta tb tc pava pbvb pcvc 3 4 3 选项c正确 答案 c 1 2 3 4 5 4 理想气体状态方程的应用 一轻活塞将一定质量的理想气体封闭在水平放置的固定汽缸内 开始时气体体积为v0 温度为27 在活塞上施加压力 将气体体积压缩到 温度升高到47 设大气压强p0 1 0 105pa 活塞与汽缸壁的摩擦不计 求此时气体的压强是多少 答案 1 6 105pa 1 2 3 4 5 5 导学号60854048 理想气体状态方程的应用 内燃机汽缸里的混合气体 在吸气冲程末 温度为50 压强为1 0 105pa 体积为0 93l