人教版高中物理选择性必修第三册第二章3第2课时理想气体气体实验定律的微观解释课件

第2课时理想气体气体实验定律的微观解释第二章

气体、固体和液体3．气体的等压变化和等容变化探究重构·关键能力达成1．理想气体(1)理想气体：在____温度、____压强下都遵从气体实验定律的气体。(2)理想气体与实际气体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。知识点一理想气体任何任何零下几十摄氏度大气压的几倍2．理想气体的状态方程(1)内容：一定____的某种理想气体，在从一个状态变化到另一个状态时，压强p跟体积V的乘积与____________之比保持不变。(2)表达式：________。(3)成立条件：一定____的理想气体。质量热力学温度T

质量在电视上同学们或许看到过有人乘坐热气球在蓝天翱翔的画面，其中的燃烧器时而喷出熊熊烈焰，巨大的气球缓慢上升。问题热气球为什么能升空？请探究其中的原理。

1．理想气体(1)含义为了研究方便，可以设想一种气体，在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律。(2)特点①严格遵从气体实验定律及理想气体状态方程。②理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子可视为质点。③理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能。④理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，一定质量的理想气体内能只与温度有关。

【典例1】

(对理想气体的理解)关于理想气体的性质，下列说法不正确的是(

)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，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D．氦气是液化温度最低的气体，任何情况下均可当作理想气体√D

[理想气体是物理学上为了简化问题而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在；严格遵从气体实验定律的气体是理想气体，实际中只要气体的压强不太大，温度不太低，都可以近似看成理想气体，A、B说法正确；温度是分子平均动能的标志，一定质量的理想气体忽略了分子势能，所以它的内能增大，分子平均动能增大，则温度一定升高，C说法正确；只有当压强不太大，温度不太低时，才可以将氦气当作理想气体，D说法错误。本题选不正确的，故选D。]【典例2】

(理想气体状态方程的应用)浮筒气囊打捞法是打捞沉船的一种方法，把若干浮筒气囊固定在沉船上，在水下充气后，借浮力将沉船浮出水面。已知某个浮筒气囊的最大容积为5m3，沉船位置离水面约为20m，该处水温为－3℃。打捞船上的打气装置可持续产生4倍大气压强的高压气体，气体温度为27℃。现将高压气体充入浮筒气囊中，当气囊内气体压强和外部水压相等时停止充气，此过程需要打气装置充入多少体积的高压气体？假定高压气体充入浮筒气囊前，气囊内的气体可忽略不计，计算气体压强时不考虑气囊的高度，气囊导热性良好，大气压强p0＝1×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，重力加速度g取10m/s2，T＝273K＋t。(结果保留三位有效数字)

[答案]

4.17m31．玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体，____保持不变时，分子的平均动能是一定的。体积减小时，分子的数密度____，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就____。知识点二气体实验定律的微观解释温度增大增大2．盖-吕萨克定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能____，只有气体的体积同时____，使分子的数密度____，才能保持压强____。3．查理定律的微观解释一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的平均动能____，气体的压强就____。增大增大减小不变增大增大自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”。问题1．你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象？问题2．微观上气体的压强与什么因素有关？提示：1．轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的密集程度不断增大，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。2．分子的数密度和分子的平均动能。1．玻意耳定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压强减小。(2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子的数密度越大，单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。2．盖-吕萨克定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。(2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大，撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需影响压强的另一个因素，即分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。3．查理定律(1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在体积保持不变时，温度升高，压强增大；温度降低，压强减小。(2)微观解释：体积不变，则分子数密度不变。温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。【典例3】

(气体实验定律的微观解释)在一定温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于(

)A．单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多B．气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大C．每个气体分子对器壁的平均撞击力都变大D．气体密度增大，单位体积内气体的质量变大√A

[气体的温度不变，分子的平均动能不变，对器壁的平均撞击力不变，C错误；体积减小，单位体积内的分子数目增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多，所以气体压强增大，A正确；分子和器壁间无引力作用，B错误；单位体积内气体的质量变大，不是压强变大的原因，D错误。]规律方法

(1)宏观量温度的变化对应着微观量分子平均动能的变化。宏观量体积的变化对应着气体分子的数密度的变化。(2)压强的变化可能由两个因素引起，即分子热运动的平均动能和分子的数密度，可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断。【典例4】

(气体实验定律的微观解释)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经等温变化到状态B，再经等容变化到状态C，A、C压强相等，则下列说法正确的是(

)A．从A到B气体分子平均动能增加B．从B到C气体分子平均动能不变C．A、C状态气体压强相等的原因是分子撞击器壁的平均作用力相等D．从A到B过程气体压强变小的原因是分子的密集程度减小√

应用迁移·随堂评估自测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√243题号1C

[理想气体是在任何温度、任何压强下都能严格遵守气体实验定律的气体，A错误；理想气体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。]243题号12．一定质量的理想气体经历了A→B→C的三个变化过程，其压强随热力学温度变化的p-T图像如图所示，A、B、C三个状态时气体的体积分别为VA、VB、VC，则通过图像可以判断它们的大小关系是(

)

A．VA＝VB>VC

B．VA＝VB<VCC．VA<VB<VC

D．VA>VB>VC23题号14√

23题号14

23题号41√

23题号414．某学校举行校庆，准备放飞气球渲染气氛。当天上午10点，学校地表附近的气温为27℃，大气压强为p0＝1.0×105Pa，T＝t＋273K，此时气球体积为V0。气球内充的氦气可视为理想气体，气球内外气压差很小，可以忽略。(1)正午时地表附近气温达到37℃，大气压仍为p0，求此时气球的体积。(2)已知在距地面2000m高处的大气压强为p1＝0.8×105Pa，若气球升到2