2027高考物理复习选择性必修三第3节　第2课时　理想气体状态方程及微观解释

第2课时理想气体状态方程及微观解释课前知识梳理PART01第一部分一、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在温度不低于______________、压强不超过____________时，可以把实际气体当成理想气体来处理。任何任何零下几十摄氏度大气压的几倍二、理想气体的状态方程1．内容：一定____的某种理想气体，在从某一状态变化到另一个状态时，压强p跟体积V的乘积与____________的比值保持不变。2．表达式：______。式中C是与压强p、体积V、温度T无关的常量，它与气体的____、种类有关。3．成立条件：一定____的理想气体。质量热力学温度T质量质量三、气体实验定律的微观解释1．玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，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____。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____。增大增大增大增大减小不变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____，气体的压强就____。增大增大判断下列说法是否正确。(1)实际气体在常温常压下可看作理想气体。(

)(2)理想气体是为了方便研究问题而提出的一种理想化模型。(

)(3)一定质量的理想气体，体积增大，单位体积内的分子数减少，气体的压强一定减小。(

)(4)对于不同的理想气体，其状态方程

中的常量C相同。(

)√×

√×

(5)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。(

)(6)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。(

)√×

课堂深度探究PART02第二部分知识点一理想气体的理解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。也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。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。(多选)下列对理想气体的理解正确的有(

)A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型B．只要气体压强不是很高就可视为理想气体C．一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵从气体实验定律√√[解析]

理想气体是一种理想模型，温度不太低、压强不太大的实际气体可视为理想气体，理想气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，A、D正确，B错误；一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，与体积无关，C错误。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。知识点二理想气体状态方程的应用2．解题步骤(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。压强的确定是关键，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方式，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的单位需统一，但没有必要统一到国际单位，两边一致即可，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。【教材经典P42第2题改编】如图所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气(视为理想气体)。粗细均匀的细管上端的压力传感器能感知细管中的空气压力，从而控制进水量。初始时，洗衣缸和细管内的水面等高。封闭的空气长度L0＝10.5cm，周围环境的热力学温度为300K。已知管内空气温度始终保持与周围环境的温度相同，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，大气压强恒为p0＝1.0×105Pa，重力加速度大小g取10m/s2。(1)当封闭的空气长度L1＝10cm时，洗衣缸刚好停止进水，求洗衣缸内的水面上升的高度。[解析]

由玻意耳定律，有p0L0S＝p1L1S解得p1＝1.05×105Pa又p1＝p0＋ρgh解得h＝50cm洗衣缸内的水面上升的高度H＝(50＋10.5－10)cm＝50.5cm。[答案]

50.5cm

(2)若周围环境的温度变为285K，且注水结束时洗衣缸和细管内的水面高度差和(1)中的相同，求此时细管内空气的长度。[答案]

9.5cm小明自制了一个自动火情报警装置，其原理如图所示。一导热性能良好的汽缸固定在水平面上，汽缸开口向上，用质量m＝1kg、横截面积为5cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。当外界的温度为27℃时，活塞下表面距汽缸底部的距离h1

＝18cm，活塞上表面距固定的力传感器的距离h

＝2cm。当出现火情且环境温度上升至127℃时，触发报警器工作。已知外界大气的压强p0＝1×105Pa且始终保持不变，重力加速度g取10m/s2。求：(1)活塞刚接触力传感器时气体的温度；(结果保留整数)[答案]

333K或60℃(2)环境温度为127℃时力传感器的示数。对活塞由平衡条件得p0S＋mg＋F＝p3S代入数据解得F＝12N。[答案]

12N(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？[提示]

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。知识点三气体实验定律的微观解释(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)[提示]

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”。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。体积减小，分子的数密度增大，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．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。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，要使压强不变，则需分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。在一定的温度下，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，单位体积内气体质量变大√[解析]

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，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。

(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是(

)A．体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大B．温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小C．压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小D．温度升高，压强和体积可能都不变[解析]

根据气体压强、体积、温度的关系可知，体积不变，压强增大时，气体的温度升高，气体分子的平均动能增大，A正确；温度不变，压强减小时，气体体积增大，气体的密度减小，B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密度增大，C错误；温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错误。√√

(2023·江苏卷，T3)如图所示，密闭容器内一定质量的理想气体由状态A变化到状态B。该过程中(

)A．气体分子的数密度增大B．气体分子的平均动能增大C．单位时间内气体分子对单位面积器壁的作用力减小D．单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数减少√从A到B气体的温度升高，则气体分子的平均动能增大，B正确；从A到B气体的压强变大，气体分子的平均速率变大，则单位时间内气体分子对单位面积的器壁的碰撞力增大，C错误；气体的分子密度不变，从A到B气体分子的平均速率变大，则单位时间内与单位面积器壁碰撞的气体分子数增多，D错误。随堂巩固落实PART03第三部分√1．(对理想气体的理解)(多选)关于理想气体的性质，下列说法正确的是(

)A．理想气体的内能与温度和体积有关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D．氦是液化温度最低的气体，任何情况下均可当成理想气体√解析：理想气体是在研究气体性质的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规定的，B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，A错误，C正确；实际中的不易液化的气体，包括液化温度最低的氦气，只有在温度不太低、压强不太大的条件下才可当成理想气体，在压强很大和温度很低的情形下，分子的大小和分子间的相互作用力就不能忽略，D错误。√2．(气体实验定律的微观解释)(多选)一定质量的理想气体，经等温压缩，气体的压强增大，用分子动理论的观点分析，这是因为(

)A．气体分子每次碰撞器壁的平均冲力增大B．单位时间内、单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多C．气体分子的总数增加D．气体分子的数密度增大√解析：气体经等温压缩，温度不变，温度是分子平均动能的标志，分子平均动能不变，故气体分子碰撞器壁的平均冲力不变，A错误；由气体体积减小、分子数密度增加可知，单位时间内、单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数增多，但分子总数不变，C错误，B、D正确。3．(气体实验定律的微观解释)(2025·江苏卷，T8)一定质量的理想气体，体积保持不变。在甲、乙两个状态下，该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比，该气体在状态乙时(

)

A．分子的