第2章 3 第3课时 理想气体及其状态方程的应用-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第三册课程探究与巩固教师用书配套word（人教版）

第3课时　理想气体及其状态方程的应用 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 知道理想气体模型。能用分子动理论和统计观点解释气体压强和气体实验定律 科学思维：掌握理想气体模型，能从微观角度解释气体实验定律 1．知道理想气体模型 2．能解释气体实验定律 （见学生用书P24） 知识点一　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．理想气体是一种理想模型 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．理想气体与实际气体 在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体当成理想气体来处理。题目中无特别说明时，一般都可将实际气体当成理想气体来处理。 4．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，尽管其压强p、体积V和温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T之比却保持不变。 (2)表达式：＝或＝C。 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；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。 (3)成立条件：一定质量的理想气体。 (4)方程中各量的单位：温度T必须是热力学温度，公式两边压强p和体积V的单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。 5．理想气体状态方程与气体实验定律 ＝ ⇒ [思辨] 1．判断题（正确的打“√”，错误的打“”） (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)理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象。(　√　) (3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力。(　√　) 2．思考题：一定质量的某种理想气体的内能与什么有关？ 【答案】 理想气体分子无分子势能的变化，理想气体的内能等于所有分子热运动的动能之和，因此一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关。 知识点二　对气体实验定律的微观解释 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：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。体积越小，分子的数密度增大，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就越多，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：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，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：一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大，分子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。 　　 [思辨] 1．判断题（正确的打“√”，错误的打“”） (1)一定质量的某种理想气体，温度不变，分子的平均动能不变。(　√　) (2)一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大。(　√　) (3)一定质量的某种理想气体，体积减小时，分子的数密度减小。（　　） 2．思考题：如何从微观角度解释玻意耳定律？ 【答案】 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，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。 （见学生用书P26） 类型一　对理想气体的理解 （多选）关于理想气体，下列说法正确的是(　ABD　) A．理想气体是严格遵从气体实验定律的气体模型 B．理想气体的分子间没有分子力 C．理想气体是一种理想模型，没有实际意义 D．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体 【解析】 理想气体是指严格遵从气体实验定律的气体，实际的气体在压强不太大、温度不太低时可以认为是理想气体，A、D正确。理想气体分子间没有分子力，B正确。理想气体是一种理想模型，对研究气体状态变化具有重要意义，C错误。 （多选）下列对理想气体的理解，正确的是(　AD　) A．理想气体实际上并不存在，只是一种理想模型 B．只要压强不是很高的气体就可视为理想气体 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】 理想气体是在忽略了实际气体分子间相互作用力的情况下而抽象出的一种理想模型，实际上并不存在，A正确。实际气体能视为理想气体的条件是温度不太低、压强不太大，B错误。理想气体分子间无分子力作用，也就无分子势能，故一定质量的某种理想气体，其内能与体积无关，只取决于温度，C错误。由理想气体的定义可知，D正确。 类型二　理想气体状态方程的应用 如图所示，汽缸呈圆柱形，上部有挡板，内部高度为d。缸内有一个很薄的质量不计的活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处于离底部的高度，外界大气压强为1×105 Pa，温度为27 ℃，现对缸内气体进行加热。求： (1)当活塞刚好到达汽缸口时气体的温度。 (2)当气体温度达到387 ℃时气体的压强。 【答案】 (1)600 K　(2)1.1×105 Pa 【解析】 (1)以封闭气体为研究对象，最初状态为 p1＝p0，V1＝S，T1＝300 K， 设温度升高到T2时，活塞刚好到达汽缸口，此时有 p2＝p0，V2＝dS， 气体发生等压变化，根据盖­吕萨克定律有＝， 解得T2＝600 K。 (2)T3＝660 K>T2，封闭气体先做等压变化，活塞到达汽缸口之后封闭气体做等容变化，所以l3＝d， 当气体温度达到387 ℃时，p3未知，V3＝dS，T3＝660 K， 由理想气体状态方程有＝， 解得p3＝1.1×105 Pa。 如图所示，粗细均匀的U形玻璃管，左侧管开口向上，右侧管口封闭，管内用水银封闭了一段气体，右管中封闭气柱高h1＝8 cm，左、右液面高度差Δh＝4 cm，右管中水银柱的长度大于4 cm，大气压等于76 cmHg，环境温度为27 ℃。 (1)若对封闭气体缓慢加热，使左管中水银液面与右管上端对齐，求气体应升高的温度。 (2)若在左管中缓慢倒入水银，使右管中气柱高度变为h3＝7 cm，求倒入水银柱的长度。（用分数表示） 【答案】 (1)195 K　(2) cm 【解析】 (1)开始时，封闭气体压强为p1＝p0＋4 cmHg＝80 cmHg，温度为T1＝300 K， 设封闭气体加热至温度T2时左管中水银液面与右管上端对齐，这时右管中气柱高为h2＝12 cm， 此时封闭气体的压强p2＝p0＋12 cmHg＝88 cmHg， 设玻璃管的横截面积为S， 根据理想气体状态方程有＝， 解得T2＝495 K， 即气体的温度升高了ΔT＝T2－T1＝195 K。 (2)设倒入水银柱的长度为L cm， 倒入水银后封闭气体的压强为 p3＝p0＋[L＋Δh－2(h1－h3)] cmHg＝(78＋L) cmHg， 气体发生等温变化，由玻意耳定律得p1h1S＝p3h3S， 解得L＝ cm， 即倒入水银柱的长度为 cm。 类型三　气体实验定律的微观解释 在一定的温度下，一定质量的理想气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于(　A　) A．单位体积内的分子数增多，单位时间内分子对单位面积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变大 D．气体分子的数密度增大，单位体积内分子重量变大 【解析】 气体压强的微观解释是气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数与每个气体分子对器壁的平均撞击力的乘积，由分子的平均动能和单位体积内的分子数共同决定。温度一定，说明气体分子的平均动能一定，每个气体分子对器壁的平均撞击力不变，气体体积减小时，单位体积内分子数增多，故单位时间内分子对单位面积器壁碰撞的次数增多，气体的压强增大，故A正确，B、C、D错误。 多选）如图所示，质量为m的活塞将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，活塞与汽缸壁之间无摩擦。a态是汽缸放在冰水混合物中气体达到的平衡态，b态是汽缸从容器中移出后，在室温(27 ℃)中达到的平衡态。气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。若忽略气体分子之间的势能，下列说法中正确的是(　AC　) A．与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多 B．与a态相比，b态的气体对活塞的冲击力较大 C．a、b两态的气体对活塞的冲击力相等 D．从a态到b态，气体的内能增加，气体密度增加 【解析】 分析活塞受力可知，两个状态的气体压强相等，由于Tb>Ta，故a态气体分子碰撞活塞的平均冲击力较小，则单位时间内撞击活塞的分子个数一定较多，A正确；由于压强相等，故两个状态时气体对活塞的冲击力大小相等，B错误，C正确；从a态到b态，温度升高，气体的内能增加，压强不变，则体积增大，气体密度减小，D错误。 本课点睛（教师用书独有） 理想气体状态方程与气体实验定律 ＝ ⇒ 学科网（北京）股份有限公司 $$