高中物理选修3步步高同步讲义第二章 3　第2课时　理想气体、气体实验定律的微观解释

第二章LIXIANGQITI、QITISHIYANDINGLVDEWEIGUANJIESHI第2课时理想气体、气体实验定律的

微观解释梳理教材夯实基础/探究重点提升素养/课时对点练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的内容和表达式，并能应用方程解决实

际问题.3.能用气体分子动理论解释三个气体实验定律.学习目标内容索引梳理教材夯实基础Part1探究重点提升素养Part2课时对点练Part3梳理教材夯实基础Part

11.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.一、理想气体任何任何零下几十摄氏度大气压的几倍1.内容：一定

的某种理想气体，在从某一状态(p1、V1、T1)变化到另一状态(p2、V2、T2)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.二、理想气体的状态方程质量热力学温度T质量1.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

(填“增大”或“减小”)，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

(填“增大”或“减小”).三、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

(填“增大”或“减小”)，只有气体的体积同时

(填“增大”或“减小”)，使分子的数密度减小(填“增大”或“减小”)，才能保持压强

(填“增大”“减小”或“不变”).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

(填“增大”或“减小”)，气体的压强就

(填“增大”或“减小”).增大增大不变增大增大1.判断下列说法的正误.(1)理想气体在超低温和超高压时，气体的实验定律不适用了.(

)(2)对于不同的理想气体，其状态方程

＝C中的常量C相同.(

)(3)一定质量的理想气体，温度和体积均增大到原来的2倍时，压强增大到原来的4倍.(

)(4)一定质量的某种理想气体，若p不变，V增大，则T增大，是由于分子数密度减小，要使压强不变，需使分子的平均动能增大.(

)×××即学即用√2.一定质量的某种理想气体的压强为p，温度为27℃时，气体的密度为ρ，当气体的压强增大为2p，温度升为327℃时，气体的密度是____.返回ρ探究重点提升素养Part

2一、理想气体气体实验定律对任何气体都适用吗？为什么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结果一致，为了使气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，引入了理想气体的概念.导学探究1.理想气体严格遵守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忽略不计，分子不占空间，可视为质点.它是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想模型，实际并不存在.3.理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力.4.理想气体分子无分子势能的变化，内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关.知识深化

下列对理想气体的理解，正确的是A.实际气体任何情况下都可以视作理想气体B.理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型C.理想气体的热力学温度T与分子的平均动能

成反比D.一定质量的某种理想气体，体积减小时，分子的密集程度也将减小例1√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，可以当成理想气体来处理，理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型，A错误，B正确；理想气体的热力学温度T与分子的平均动能

成正比，C错误；体积减小时，分子的密集程度增大，D错误.二、理想气体的状态方程如图所示，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.导学探究答案从A→B为等温变化过程，根据玻意耳定律可得pAVA＝pBVB①从B→C为等容变化过程，导学探究由题意可知：TA＝TB ③VB＝VC ④1.对理想气体状态方程的理解(1)成立条件：一定质量的理想气体.(2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关.(3)公式中常量C仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关.(4)方程中各量的单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位.知识深化2.理想气体状态方程与气体实验定律知识深化

关于气体的状态变化，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.任何气体由状态1变化到状态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，则气体可能压强减半，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，则气体可能体积加倍，热

力学温度减半例2√一定质量的理想气体压强不变，体积与热力学温度成正比，温度由100℃上升到200℃时，体积增大为原来的1.27倍，故A错误；理想气体状态方程成立的条件为气体可看作理想气体且质量不变，故B错误；

(2021·盐城市大丰区新丰中学高二期末)一定质量的理想气体，经历如图所示的状态变化，A→B→C，则这三个状态的热力学温度之比TA∶TB∶TC为A.1∶3∶5 B.3∶2∶1C.5∶6∶3 D.3∶6∶5例3√根据

＝C，可知热力学温度之比等于pV乘积之比，即TA∶TB∶TC＝(3×1)∶(2×3)∶(1×5)＝3∶6∶5，故选D.

(2021·江苏省邗江中学高二期中)如图所示，绝热汽缸A与导热汽缸B均固定于水平地面上，由水平轻弹簧连接的绝热活塞与两汽缸间均无摩擦.弹簧的劲度系数k＝2000N/m，活塞截面积S＝100cm2，活塞静止时活塞与容器底部均相距L＝30cm，弹簧处于原长，两汽缸内气体的温度均等于环境温度T0＝300K，大气压强p0＝1×105Pa.现通过电热丝缓慢加热汽缸A中气体，停止加热达到稳定后，汽缸B内活塞与容器底部相距25cm，设环境温度始终保持不变，当系统达到稳定后，求：(1)B中气体的压强；答案1.2×105Pa例4对B中气体，根据玻意耳定律得p0LS＝pL1S解得p＝1.2×105

Pa(2)弹簧的形变量；答案10cm对B中的活塞由平衡条件有pS＝p0S＋kx解得x＝10cm(3)A中气体的温度(单位取热力学温标K).答案540K系统达到稳定后，容器A中活塞距底部的距离为L2＝L＋x＋L－L1＝45cm两活塞看作整体，有p＝p′对A中气体，根据理想气体状态方程得联立解得T＝540K.应用理想气体状态方程解题的一般步骤1.明确研究对象，即一定质量的理想气体；2.确定气体在初、末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；3.由理想气体状态方程列式求解；4.必要时讨论结果的合理性.总结提升三、气体实验定律的微观解释(1)气体实验定律中温度、体积、压强在微观上分别与什么相关？答案在微观上，气体的温度决定气体分子的平均动能，体积决定分子的数密度，而分子的平均动能和分子数密度决定气体的压强.导学探究(2)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”.怎样从微观角度来解释这种现象？(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)答案轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的数密度不断增大，温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化，单位时间内单位面积上碰撞次数增多，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”.导学探究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.知识深化2.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.知识深化3.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.知识深化

如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程是A.气体的平均动能不变B.气体的内能增加C.气体分子的数密度减小D.气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数不变例5√从p－V图像中的AB图线看，气体由状态A到状态B为等容升压变化，根据查理定律，一定质量的理想气体，当体积不变时，压强跟热力学温度成正比，由A到B是压强增大，温度升高，分子平均动能增加，故A错误；理想气体的内能只与温度有关，气体的温度升高，内能增加，故B正确；气体体积不变，气体分子的数密度不变，温度升高，气体分子平均速率增大，则气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数增加，故C、D错误.返回对气体实验定律的解释，注意从两个途径进行分析：一是从微观角度分析，二是从理想气体状态方程分析.方法总结课时对点练Part

3考点一理想气体及理想气体状态方程的理解1.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，分子平均动能增大，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基础对点练123456789101112√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123456789101112√考点二理想气体状态方程的应用3.(2021·江苏省启东中学高二月考)如图所示为伽利略设计的一种测温装置示意图，玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通，下端插入水中，玻璃泡中封闭有一定质量的空气.若玻璃管中水柱上升，则外界大气的变化可能是A.温度降低，压强增大 B.温度升高，压强不变C.温度升高，压强减小 D.温度不变，压强减小123456789101112√123456789101112由题意可知，封闭空气温度与大气温度相同，封闭空气体积随水柱的上升而减小，将封闭空气近似看作理想气体，根据理想气体状态方程

＝C，若温度降低，体积减小，则压强可能增大、不变或减小，A正确；若温度升高，体积减小，则压强一定增大，B、C错误；若温度不变，体积减小，则压强一定增大，D错误.4.如图所示，p－T图上的abc表示一定质量理想气体的状态变化过程，这一过程在p－V图上的图线应是123456789101112√123456789101112由p－T图像可知，气体由a到b过程，气体压强p增大、温度T升高，压强p与热力学温度T成正比，由理想气体状态方程可知，气体体积不变；b到c过程气体温度不变而压强减小，由玻意耳定律可知气体体积增大；由此可知，由a到b过程气体体积V不变而压强p增大，由b到c过程压强p减小而体积V增大，由此可知，选项C所示p－V图像符合气体状态变化过程，故选项C正确.5.(2021·江苏省扬州中学高二阶段练习)一圆筒形真空容器，在筒顶系着的轻弹簧下挂一质量不计的活塞，弹簧处于自然长度时，活塞正好触及筒底，如图所示.当在活塞下方注入一定质量的理想气体、温度为T时，气柱高为h，则当温度为T′时，气柱的高是123456789101112√123456789101112考点三气体实验定律的微观解释6.(2021·扬州市高二期中)封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是A.气体的压强减小B.气体的压强增大C.气体分子的密集程度增大D.气体分子的密集程度减小123456789101112√123456789101112由理想气体状态方程

＝C可知，如果保持气体体积不变，当温度升高时，气体的压强增大，故A错误，B正确；一定质量的气体，气体体积不变，则气体分子的密集程度不变，故C、D错误.7.一定质量的某种理想气体的压强为p，热力学温度为T，单位体积内的气体分子数为n，则A.p增大，n一定增大

B.T减小，n一定增大C.

增大时，n一定增大

D.增大时，n一定减小123456789101112√123456789101112只有p或T变化，不能得出体积的变化情况，A、B错误；8.(2021·江苏省淮阴中学模拟)如图所示，一根竖直的弹簧支持着一倒立汽缸的活塞，使汽缸悬空而静止.设活塞与缸壁间无摩擦，可以在缸内自由移动，缸壁导热性能良好，使缸内气体的温度保持与外界大气温度相同，则下列结论正确的是A.若外界大气压增大，则弹簧将压缩一些B.若外界大气压增大，则汽缸的上底面距地面的高度将增大C.若气温升高，则活塞距地面的高度将减小D.若气温升高，则汽缸的上底面距地面的高度将增大123456789101112√能力综合练123456789101112以活塞和汽缸整体为研究对象可知，整体重力等于弹簧弹力，跟外界大气压无关，即弹簧压缩量不变，A错误；因为弹力不变，故活塞距地面的高度不变，C错误；以汽缸为研究对象，若外界大气压增大，则汽缸内气体压强增大，体积减小，所以汽缸的上底面距地面的高度将减小，B错误；若气温升高，汽缸内气体压强不变，故气体的体积增大，所以汽缸的上底面距地面的高度将增大，D正确.9.(2022·江苏省金陵中学高二月考)一定质量的理想气体状态变化过程中，其压强p与摄氏温度t的变化规律如图中直线ab所示(直线ab延长线通过坐标原点)，根据图像可以判定a、b两点的体积大小A.Va＝Vb

B.Va>VbC.Va<Vb

D.无法判断123456789101112√12345678910111210.(2021·江苏月考)如图所示，一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中，活塞与容器间光滑接触，在图中三种稳定状态下的温度分别为T1、T2、T3，则T1、T2、T3的大小关系为A.T1＝T2＝T3

B.T1＜T2＜T3C.T1＞T2＞T3

D.T1＜T2＝T3123456789101112√123456789101112以活塞为研究对象，对T1、T2状态下的气体有：Mg＋p0S＝p1S，Mg＋p0S＝p2S，对T3状态下的气体有：p0S＋Mg＋mg＝p3S，可以得出：p1＝p2＜p3；根据理想气体状态方程：

，因V1＜V2，p1＝p2，则T1＜T2，因V2＝V3，p2＜p3，则T2＜T3，即T1＜T2＜T3，B正确.11.(2019·全国卷Ⅱ)如p－V图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是T1、T2、T3.用N1、N2、N3分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则N1__________N2，T1________T3，N2________N3.(填“大于”“小于”或“等于”)123456789101112大于等于大于123456789101112对一定质量的理想气体，

为定值，由p－V图像可知，2p1·V1＝p1·2V1>p1·V