高中物理 第八章 气体 3 理想气体的状态方程课件 新人教版选修33.ppt

第八章 3理想气体的状态方程 学习目标1 了解理想气体的模型 并知道实际气体看成理想气体的条件 2 掌握理想气体状态方程 知道理想气体状态方程的推导过程 3 能利用理想气体状态方程分析解决实际问题 内容索引 知识探究 题型探究 达标检测 知识探究 一 理想气体 1 理想气体有哪些特点 答案 严格遵从气体实验定律 理想气体分子除碰撞外 无相互作用的引力和斥力 无分子势能 答案 答案实际气体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 可以当做理想气体处理 2 实际气体符合什么条件时可看做理想气体 1 理想气体 1 在温度 压强下都遵从气体实验定律的气体 2 实际气体在温度不低于 压强不超过时 可以当成理想气体来处理 3 理想气体是对实际气体的一种 就像质点 点电荷模型一样 是一种 实际并不存在 任何 任何 零下几十摄氏度 大气压的几倍 科学抽象 理想模型 2 理想气体的特点 1 严格遵从气体实验定律 2 理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计 分子不占空间 可视为 3 理想气体分子除碰撞外 填 有 或 无 相互作用的引力和斥力 4 理想气体分子 填 有 或 无 分子势能 内能等于所有分子热运动的动能之和 一定质量的理想气体内能只和有关 无 质点 无 温度 如图1所示 一定质量的某种理想气体从状态a到b经历了一个等温过程 又从状态b到c经历了一个等容过程 请推导状态a的三个参量pa va ta和状态c的三个参量pc vc tc之间的关系 二 理想气体的状态方程 图1 答案 答案从a b为等温变化过程 根据玻意耳定律可得pava pbvb 从b c为等容变化过程 根据查理定律可得 由题意可知 ta tb vb vc 联立 式可得 1 理想气体的状态方程一定质量的某种理想气体 由初状态 p1 v1 t1 变化到末状态 p2 v2 t2 时 各量满足 2 气体的三个实验定律是理想气体状态方程的特例 1 当t1 t2时 玻意耳定律 2 当v1 v2时 查理定律 3 当p1 p2时 盖 吕萨克定律 p1v1 p2v2 题型探究 应用理想气体状态方程解题的一般思路 1 确定研究对象 即一定质量的理想气体 2 确定气体的初 末状态参量p1 v1 t1和p2 v2 t2 并注意单位的统一 3 由状态方程列式求解 4 讨论结果的合理性 一 理想气体状态方程的基本应用 例1如图2所示 粗细均匀一端封闭一端开口的u形玻璃管 当t1 31 大气压强p0 76cmhg时 两管水银面相平 这时左管被封闭的气柱长l1 8cm 则当温度t2是多少时 左管气柱l2为9cm 答案78 答案 解析 图2 解析初状态 p1 p0 76cmhg v1 l1 s 8cm s t1 304k 末状态 p2 p0 2cmhg 78cmhg v2 l2 s 9cm s t2 代入数据得 解得 t2 351k 则t2 351 273 78 例2如图3所示 一汽缸竖直放置 横截面积s 50cm2 质量m 10kg的活塞将一定质量的气体封闭在缸内 气体柱长h0 15cm 活塞用销子销住 缸内气体的压强p1 2 4 105pa 温度177 现拔去活塞销k 不漏气 不计活塞与汽缸壁的摩擦 当活塞速度达到最大时 缸内气体的温度为57 外界大气压为p0 1 0 105pa g 10m s2 求此时气体柱的长度h 图3 答案22cm 答案 解析 解析当活塞速度达到最大时 气体受力平衡 解得 h 22cm 理想气体状态方程是用来解决气体状态变化问题的方程 运用时 必须要明确气体不同状态下的状态参量 将它们的单位统一 且温度的单位一定要统一为国际单位k 二 理想气体的图象问题 a a b过程中 气体体积增大 压强减小b b c过程中 气体压强不变 体积增大c c a过程中 气体压强增大 体积变小d c a过程中 气体内能增大 体积变小 图4 例3一定质量的理想气体经过一系列变化过程 如图4所示 下列说法中正确的是 解析由题图知a b为等温膨胀过程 b c为等压收缩过程 c a为等容升压过程 所以a选项正确 答案 解析 1 已知气体在状态a的温度ta 300k 则气体在状态b c和d的温度分别是 tb k tc k td k 图5 例4使一定质量的理想气体的状态按图5甲中箭头所示的顺序变化 图中bc段是以纵轴和横轴为渐近线的双曲线的一部分 答案 解析 600 600 300 解析从p v图象中可以直观地看出 气体在a b c d各状态下压强和体积分别为pa 4atm pb 4atm pc 2atm pd 2atm va 10l vc 40l vd 20l 由题意知b到c是等温变化 所以tb tc 600k 答案见解析图 2 将上述变化过程在图乙v t坐标系中表示出来 标明a b c d四点 并用箭头表示变化方向 答案 解析 解析由状态b到状态c为等温变化 由玻意耳定律有pbvb pcvc 得 在v t坐标系上状态变化过程的图线由a b c d各状态依次连接 如图所示 ab是等压膨胀过程 bc是等温膨胀过程 cd是等压压缩过程 达标检测 1 理想气体状态方程的基本应用 一定质量的理想气体 在某一平衡状态下的压强 体积和温度分别为p1 v1 t1 在另一平衡状态下的压强 体积和温度分别为p2 v2 t2 下列关系正确的是 1 2 3 答案 解析 a 逐渐增大b 逐渐减小c 始终不变d 先增大后减小 2 理想气体的图象问题 如图6所示 一定量的理想气体从状态a沿直线变化到状态b 在此过程中 其压强 答案 图6 1 2 3 3 理想气体状态方程的基本应用 某次测量中在地面释放一体积为8升的氢气球 发现当氢气球升高到1600m时破裂 实验表明氢气球内外压强近似相等 当氢气球体积膨胀到8 4升时即破裂 已知地面附近大气的温度为27 常温