2019-2020学年高中物理 第二章 气体 第5节 理想气体学案 教科版选修3-3

第5节理想气体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，理解理想气体的成立条件及在实际中的意义2知道一定质量的理想气体的内能只与温度有关一、实际气体在不同条件下的比较1不同气体的比较在温度不太低、压强不太高的条件下，一切气体的状态变化并非严格地遵守气体实验定律，但能在较高程度上近似地遵守气体实验定律2同种气体不同条件下的比较实际气体在“高压”和“低温”条件下状态参量之间的关系与气体实验定律存在较大的偏差二、理想气体1定义：在任何温度、任何压强下都严格遵守气体实验定律的气体2理想气体与实际气体对理想气体模型的认识1理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象2实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，在压强不太大(不超过大气压的几倍)，温度不太低(不低于负几十摄氏度)时，可以近似地视为理想气体3在微观意义上，理想气体分子本身大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子间不存在相互作用的引力和斥力，所以理想气体的分子势能为零，理想气体的内能等于分子的总动能(多选)关于理想气体的性质，下列说法中正确的是()a理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在b理想气体的存在是一种人为规定，即它是一种严格遵守气体实验定律的气体c一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定升高了d氦是液化温度最低的气体，任何情况下均可当理想气体解析理想气体是在研究气体的性质过程中建立的一种理想化模型，现实中并不存在，其具备的特性均是人为的规定，a、b选项正确对于理想气体，分子间不存在相互作用力，也就没有分子势能，其内能的变化即为分子动能的变化，宏观上表现为温度的变化，c选项正确实际中的不易液化的气体，包括液化温度最低的氦气，只有温度不太低，压强不太大的条件下才可当做理想气体，在压强很大和温度很低的情况下，分子的大小和分子间的相互作用力就不能忽略，d选项错误答案abc对物理模型的认识既要弄清其理想化条件的规定性，又要学会抓住实际问题的本质特征，忽略其次要因素，运用理想化模型，分析解决问题 1.(多选)关于理想气体，下列说法中正确的是()a严格遵守气体实验三定律的气体称为理想气体b理想气体客观上是不存在的，它只是实际气体在一定程度上的近似c低温和高压条件下的实际气体都可以看成理想气体d和质点的概念一样，理想气体是一种理想化的模型解析：选abd.理想气体严格遵守气体三定律，客观上不存在，它是一种理想化的模型在温度不太低，压强不太大时，实际气体可以看成理想气体理想气体的内能 从能量上看，理想气体的微观本质是忽略了分子力，所以其状态无论怎么变化都没有分子力做功，即没有分子势能的变化，于是理想气体的内能只有分子动能，即一定质量理想气体的内能完全由温度决定(多选)如图所示为一定质量的理想气体在不同体积时的两条等容线，a、b、c、d表示四个不同状态，则()a气体由状态a变到状态c，其内能减少b气体由状态a变到状态d，其内能增加c气体由状态d变到状态c，其内能增加d气体由状态b变到状态a，其内能减少解析气体由状态a变到状态c，温度降低，平均动能减少，内能减少，a对；气体由状态a变到状态d，温度升高，平均动能增大，内能增加，b对；气体由状态d变到状态c，温度降低，平均动能减少，内能减少，c错；气体由状态b变到状态a，温度降低，平均动能减少，内能减少，d对答案abd2.关于理想气体内能的相关说法中正确的是()a理想气体的内能等于所有分子做热运动所具有的动能和分子势能的总和b理想气体的内能由体积、温度和物质的量来共同决定c理想气体的内能与其所处的状态(如温度、体积等)有关d理想气体没有分子势能，内能只由温度和物质的量来决定解析：选d. 理想气体没有分子势能，内能只由温度和物质的量来决定随堂检测 1关于理想气体，下列说法正确的是()a理想气体也不能严格地遵守气体实验定律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：选c.理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵守气体实验定律的气体，a项错误；它是实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下的抽象，故c正确b、d错误2(多选)封闭在体积一定的容器内的理想气体，当温度升高时，下列说法正确的是()a气体分子的密度增加b气体分子的平均动能增加c气体分子的平均速率增加d气体分子的势能增加解析：选bc.理想气体做等容变化，单位体积分子数不变，密度不变温度升高，则气体分子平均速率、平均动能均增大理想气体分子间没有相互作用力，没有分子势能，故b、c正确3(多选)对于一定质量的理想气体()a若保持气体的温度不变，则当气体的压强减小时，气体的体积一定会增大b若保持气体的压强不变，则当气体的温度减小时，气体的体积一定会增大c若保持气体的体积不变，则当气体的温度减小时，气体的压强一定会增大d若保持气体的温度和压强都不变，则气体的体积一定不变解析：选ad.气体的三个状态参量变化时，至少有两个同时参与变化，故d对；t不变时，由pv恒量知，a对；p不变时，由恒量知，b错；v不变时，由恒量知，c错4(多选)对于一定量的理想气体，下列说法正确的是()a若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变b若气体的内能不变，其状态也一定不变c若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大d气体温度每升高1 k所吸收的热量与气体经历的过程有关解析：选ad.对一定质量的理想气体，有常量，当体积和压强不变时，温度也不变，而其内能仅由温度决定，故其内能不变，因此a正确在等温时，理想气体内能不变，但其状态可以变化，并遵循玻意耳定律，故b错由于常量，当v与t成正比时，p不变，故c错对气体，在等压和等容情况下，比热容不同，因此d正确5使一定质量的理想气体按图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(1)已知气体在状态a的温度ta300 k，求气体在状态b、c和d的温度各是多少？(2)将上述状态变化过程在图中画成用体积v和温度t表示的图线(图中要标明a、b、c、d四点，并且要画箭头表示变化的方向)说明每段图线各表示什么过程解析：(1)ab为等压过程：，得tb2ta600 kbc为等温线，得tctb600 k因为pavapdvd，所以tdta300 k.(2)ab为等压过程，bc为等温过程，cd为等压过程答案：(1)600 k600 k300 k(2)如图所示，ab是等压膨胀过程，bc是等温膨胀过程，cd是等压压缩过程课时作业一、单项选择题1一定质量的理想气体，在压强不变的条件下，温度升高，体积增大，从分子动理论的观点来分析，正确的是()a此过程中分子的平均速率不变，所以压强保持不变b此过程中每个气体分子碰撞器壁的平均冲击力不变，所以压强保持不变c此过程中单位时间内气体分子对单位面积器壁的碰撞次数不变，所以压强保持不变d以上说法都不对解析：选d.压强与单位时间内碰撞到器壁单位面积的分子数和每个分子的冲击力有关，温度升高，分子与器壁的撞击力增大，单位时间内碰撞的分子数要减小，压强才可能保持不变2. 一定质量的理想气体，压强保持不变，下列过程可以实现的是()a温度升高，体积增大b温度升高，体积减小c温度不变，体积增大d温度不变，体积减小解析：选a.一定质量的理想气体，压强保持不变时，其热力学温度和体积成正比，则温度升高，体积增大；温度降低，体积减小；温度不变，体积也不发生变化故a正确3.如图所示为一定质量的理想气体的p图像，图中bc为过原点的直线，a、b、c为气体的三个状态，则下列说法中正确的是()atatbtcbtatbtcctatbtc dtatbtbtc，故选a.4.已知理想气体的内能与温度成正比，如图所示的实线为汽缸内一定质量的理想气体由状态1到状态2的变化曲线，则在整个过程中汽缸内气体的内能()a先增大后减小b先减小后增大c单调变化d保持不变解析：选b.题图中虚线是等温线，由理想气体状态方程c知，气体由状态1到状态2时温度先减小后增大，即理想气体的内能先减小后增大二、多项选择题5关于理想气体，下列说法正确的是()a温度极低的气体也是理想气体b压强极大的气体也遵守气体实验定律c理想气体是对实际气体的抽象化模型d理想气体实际并不存在解析：选cd.气体实验定律是在压强不太大、温度不太低的情况下得出的，温度极低、压强极大的气体在微观上分子间距离变小，趋向于液体，故答案为c、d.6一定质量的理想气体经历等温压缩过程时，气体压强增大，从分子运动理论观点来分析，这是因为()a气体分子的平均动能增大b单位时间内，器壁单位面积上分子碰撞的次数增多c气体分子数增加d气体的分子数密度变大解析：选bd.等温压缩，温度不变，分子平均动能不变，a错；由查理定律知，压强增大，故b对；由于气体质量不变，体积减小，故分子数不变，密度变大，故c错、d对7一定质量的理想气体，初始状态为p、v、t.经过一系列状态变化后，压强仍为p，则下列过程中可以实现的是()a先等温膨胀，再等容降温b先等温压缩，再等容降温c先等容升温，再等温压缩d先等容降温，再等温压缩解析：选bd.气体状态无论怎样变化，其比值却不能改变a项中气体先经vpt不变的过程，再经tp的等容过程，压强降了再降，不可能回到初态的压强p值b项中，t不变，vp后v不变，tp，压强增了之后又减小，可能会回到初态压强值p，即b正确c项中，v不变，tp之后t不变，vp，压强增了再增，末态压强必大于初态压强值p，c项不可能实现d项中，v不变，tp之后t不变，vp，压强先减后增，末态压强可能等于初态压强值p，d项正确，本题选b、d.三、非选择题8一定质量的理想气体，在状态变化过程中的pt图像如图所示，在a状态时的体积为v0，试画出对应的vt图像解析：对气体由ab，根据玻意耳定律有p0v03p0vb，则vbv0.对气体由bc：根据盖吕萨克定律：，vc3vbv0，由此可知a、b、c三点的状态量分别为a：p0，t0，v0；b：3p0，t0，v0；c：3p0，3t0，v0.vt图像如图所示答案：见解析9一氧气瓶的容积为0.08 m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天解析：设氧气开始时的压强为p1，体积为v1，压强变为p2(2个大气压)时，体积为v2，根据玻意耳定律得p1v1p2v2重新充气前，用去的氧气在p2压强下的体积为v3v2v1设用去的氧气在p0(1个大气压)压强下的体积为v0，则有p2v3p0v0设实验室每天用去的氧气在p0压强下的体积为v，则氧气可用的天数为nv0/v联立式，并代入数据得n4(天)答案：4天10.如图所示，玻璃管a上端封闭，b上端开口且足够长，两管下端用橡皮管连接起来，a管上端被一段水银柱封闭了一段长为6 cm的气体，外界大气压为75 cmhg，左右两水银面高度差为5 cm，温度为t127 .(1)保持温度不变，上下移动b管，使a管中气体长度变为5 cm，稳定后的压强为多少？(2)b管应向哪个方向移动？移动多少距离？(3)稳定后保持b不动，为了让a管中气体体积回复到6 cm，则温度应变为多少？解