第二章 5 3.第2课时 理想气体 气体实验定律的微观解释-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修3同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

第2课时　理想气体　气体实验定律的微观解释 知识点一　理想气体 气体实验定律的适用条件是什么？有没有在任何条件下气体实验定律都适用的气体呢？ 提示：气体实验定律适用于气体在压强不太大(相对大气压)、温度不太低(相对室温)的条件下；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。 1．理想气体 (1)定义：在任何温度、任何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。 2．理想气体的状态方程 (1)内容：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值保持不变。 (2)表达式：＝C。 (3)成立条件：一定质量的理想气体。 【判断正误】 1．理想气体实际上并不存在。(√) 2．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。(√) 3．能用气体实验定律来解决的问题不一定能用理想气体状态方程来求解。(×) 4．对于不同的理想气体，其状态方程＝C(恒量)中的恒量C相同。(×) 1．理想气体的理解 (1)理想气体是一种理想模型：是对实际气体的一种科学抽象，与质点、点电荷模型一样，是一种理想模型，实际并不存在。 (2)特点： ①严格遵守气体实验定律及理想气体的状态方程。 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。 学生用书↓第45页 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，内能等于所有分子热运动的动能之和，一定量的理想气体的内能只与温度有关。 2．理想气体状态方程的理解 (1)对方程＝＝C的理解 ①方程中各物理量：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。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。 ②成立条件：一定质量的理想气体。 (2)理想气体状态方程与气体实验定律的关系 ＝ (2022·全国甲卷)如图，容积均为V0、缸壁可导热的A、B两汽缸放置在压强为p0、温度为T0的环境中；两汽缸的底部通过细管连通，A汽缸的顶部通过开口C与外界相通；汽缸内的两活塞将缸内气体分成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四部分，其中第Ⅱ、Ⅲ部分的体积分别为V0和V0。环境压强保持不变，不计活塞的质量和体积，忽略摩擦。 (1)将环境温度缓慢升高，求B汽缸中的活塞刚到达汽缸底部时的温度； (2)将环境温度缓慢改变至2T0，然后用气泵从开口C向汽缸内缓慢注入气体，求A汽缸中的活塞到达汽缸底部后，B汽缸内第Ⅳ部分气体的压强。 解析：(1)因两活塞的质量不计，则当环境温度升高时，Ⅳ内的气体压强总等于大气压强，则该气体做等压变化，则当B中的活塞刚到达汽缸底部时，由盖－吕萨克定律可得 ＝ 解得T＝T0。 (2)设当A中的活塞到达汽缸底部时Ⅲ中气体的压强为p，则此时Ⅳ内的气体压强也等于p，设此时Ⅳ内的气体的体积为V，则Ⅱ、Ⅲ两部分气体的体积为V0－V，由理想气体状态方程， 对气体Ⅳ有＝ 对Ⅱ、Ⅲ两部分气体有＝ 联立解得V＝V0，p＝p0。 答案：(1)T0　(2)p0 针对练1.(多选)关于理想气体，下列说法正确的是(　　 ) 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 ABC　[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正确，D错误；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正确。] 针对练2.如图所示，粗细均匀的、一端封闭一端开口的U形玻璃管，当t1＝31 ℃、大气压强p0＝1 atm(1 atm＝76 cmHg)时，两管水银面相平，这时左管被封闭气柱长l1＝8 cm。(T＝t＋273 K)，求： (1)当温度t2等于多少时，左管气柱长l2为9 cm? (2)当温度达到(1)问中温度t2时，为使左管气柱长l3为8 cm，则应在右管再加多高的水银柱？ 解析：(1)取左管中气体为研究对象，初状态p1＝1 atm＝76 cmHg，T1＝t1＋273 K＝304 K，V1＝l1S＝(8 cm)·S(设横截面积为S)，因为左管水银面下降1 cm，右管水银面一定上升1 cm，则左右两管高度差为2 cm，因而末状态p2＝(76＋2) cmHg＝78 cmHg，V2＝(9 cm)·S。 由