第2章 第3节 第2课时 理想气体、气体实验定律的微观解释-【状元桥·优质课堂】2024-2025学年高中物理选择性必修第三册（人教版2024）

物理选择性必修第三册课堂学案 汽缸内壁无摩擦.初始时，外界大气压强为 【变式3】（多选）一定质量的理想气体，状态变化 ,活塞紧压小挡板.现缓慢升高汽缸内气体 过程如图中A→B→C·A图线所示，其中 的温度，则选项图中能反映汽缸内气体的压 BC为一段双曲线.若将这一状态变化过程 强p随热力学温度T变化的图像是() 表示在下图中的p-T图像或V-T图像上， 其中正确的是 () 思维导引：汽缸内存在挡板，开始时气体的压 强小于外界大气压，随着温度升高，气体压强 增大，最后气体压强与外界大气平衡，保持 不变 课末·随堂演练 1.(盖-吕萨克定律的应用)一定质量的气体在等 C.1.07×105Pa D.3.86×105Pa 压变化中体积增大了2，若气体原来温度为 3.(p-T图像与V-T围像)一定质量的某种气 体自状态A经状态C变化到状态B,这一过程 27℃，则温度的变化是 ( 如图所示，则 () A.升高了450K B.升高了150℃ C.降低了150℃ D.降低了450℃ 2.(气体的等容变化)某同学家一台新电冰箱能 显示冷藏室内的温度，存放食物之前该同学进 行试通电，该同学将打开的冰箱密封门关闭并 A.在过程A→C中，气体的压强不变 给冰箱通电.若大气压为1.0×105Pa,刚通电 B.在过程C→B中，气体的压强不断变小 时显示温度为27℃，通电一段时间后显示温 度为7℃，则此时密封的冷藏室中气体的压 C.在状态A时，气体的压强最大 强是 D.在状态B时，气体的压强最大 A.0.26×10Pa B.0.93×103Pa 友情提示完成P课时作业（八） 第2课时理想气体、气体实验定律的微观解释 [学习目标]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（物理观念），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（科学态度与责任）.3.能用气体分子动理论 解释三个气体实验定律（科学思维）： ·40 第二章气体、固体和液体 课前·教材预案 1教材梳理 的平均动能 (选填“增大”或“诚小”)， 知识点一 理想气体 只有气体的体积同时 ,使分子的数密 度 ,才能保持压强 (选填“增 1.理想气体：在 温度、 压强下 大”“减小”或“不变”). 都遵从气体实验定律的气体」 3.查理定律的微观解释 2.理想气体与实际气体 一定质量的某种理想气体，体积保持不变时， 实际气体在温度不低于 、压强 不超过 时，可以当成理想气 分子的数密度保持不变，温度升高时，分子的 体来处理 平均动能 (选填“增大”或“减小”)，气 知识点二 体的压强 (选填“增大”或“减小”). 理想气体的状态方程 1.内容：一定 的某种理想气体，在从一 自主检测 个状态(p、V1、T)变化到另一个状态(p2、V2、 1.判断下列说法的正误. Tz)时，压强p跟体积V的乘积与 (1)理想气体在超低温和超高压时，气体的实 的比值保持不变。 验定律不适用了 () 2.表达式 或=y (2)对于不同的理想气体，其状态方程y=C T 3.成立条件：一定 的理想气体 中的常量C相同， () 知识点三 气体实验定律的微观解释 (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. 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 (4)一定质量的某种理想气体，若p不变，V增 子的数密度 (选填“增大”或“减小”)， 大，则T增大，是由于分子数密度减小，要使压 单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就 强不变，需使分子的平均动能增大.() 多，气体的压强就 (选填“增大”或 2.一定质量的某种理想气体的压强为p,温度为 “减小”). 27℃时，气体的密度为P,当气体的压强变为 2.盖一吕萨克定律的微观解释 4p,温度升为327℃时，气体的密度是 一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子 课堂·深度探究 探究点一 理想气体 究，需要引入的模型是什么？为什么要引入 【情境导学】在物理的学习过程中，学到了很多物 这样的模型？ 理模型，其中有些模型是理想化的，现实中并 不存在，如质点，那么对于气体状态变化的研 ·41 物理选择性必修第三册课堂学案 【知识拓展】 那将是一件有趣而刺激的事情.热气球为什 1.理想气体严格遵守气体实验定律及理想气体 么能升空？请探究其中的原理. 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， 【知识拓展】 3.理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和 1.对理想气体状态方程的理解 斥力 (1)成立条件：一定质量的理想气体 4.理想气体分子无分子势能的变化，内能等于所 (2)该方程表示的是气体三个状态参量的关 有分子热运动的动能之和，一定质量的理想气 系，与中间的变化过程无关 体内能只和温度有关 (3)公式中常量C仅由气体的种类和质量决 【例题1】（多选）关于理想气体的性质，下列说法 定，与状态参量(p、V、T)无关 正确的是 () (4)方程中各量的单位：温度T必须是热力学 A.理想气体是一种假想的物理模型，实际并 温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统 不存在 一，但不一定是国际单位制中的单位。 B.理想气体的存在是一种人为规定，它是一 2.理想气体状态方程与气体实验定律 种严格遵守气体实验定律的气体 eVPV: C.一定质量的理想气体，内能增大，其温度一 T 定升高 T1=T2时，V=V2(玻意耳定律) D.氨气是液化温度最低的气体，任何情况下 V=V时会-号（雀理定律） 均可当作理想气体 【变式1】关于理想气体，下列说法正确的是 2=时，片-岩（童一昌萨克定律 【例题2】如图所示，粗细均匀一端封闭一端开口 A.理想气体也不能严格地遵守气体实验定律 的U形玻璃管竖直放置，管内水银将一定质量 B.实际气体在温度不太高、压强不太小的情 的理想气体封闭在U形管内，当=31℃， 况下，可看成理想气体 大气压强p=76cmHg时，两管水银面相平， 这时左管被封闭的气柱长L1=8cm,则当温 C.实际气体在温度不太低、压强不太大的情 度t2是多少时，左管气柱长L2为9cm? 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 探究点二理想气体的状态方程 【情境导学】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.如 果有朝一日你乘坐热气球在蓝天旅行探险， ·42 第二章气体、固体和液体 【变式2】如图所示，汽缸竖直放置，汽缸内活塞： 2.盖一吕萨克定律 的质量为m=0.2kg,横截面积S=1cm2.开 (1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压 始时，汽缸内被封闭气体的压强力=2X 强不变时，温度升高，体积增大，温度降低，体 105Pa,温度T1=480K,活塞到汽缸底部的 积减小 距离H1=12cm.拔出销钉K后，活塞无摩擦 (2)微观解释：温度升高，分子平均动能增大， 上滑，当它达到最大速度时，缸内气体的温度 为300K,求此时活塞距汽缸底部的距离H2 撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则 (汽缸不漏气，大气压强po=1.0×105Pa,重 需影响压强的另一个因素，即分子的数密度减 力加速度g取10m/s2). 小，所以气体的体积增大，如图所示 气体 低温 高 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 探究点三气体实验定律的微观解释 (2)微观解释：体积不变，则分子数密度不变， 【情境导学】中央电视台在《科技之光》栏目中曾 温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁 播放过这样一个节目：把液氨倒入饮料瓶中， 的作用力变大，所以气体的压强增大，如图 马上盖上瓶盖并拧紧，人立刻撤离现场，过了 所示。 一会儿饮料瓶爆炸，你能解释一下原因吗？ 低温 高温 【知识拓展】 【例题3】在一定的温度下，一定质量的气体体积 1.玻意耳定律 减小时，气体的压强增大，这是由于（) (1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温 A.单位体积内的分子数增多，单位时间内分 度保持不变时，体积减小，压强增大：体积增 子对器壁碰撞的次数增多 大，压强减小 (2)微观解释：温度不变，分子的平均动能不 B.气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸 变体积越小，分子的数密度增大，单位时间内 引力变大 撞到单位面积器壁上的分子数就越多，气体的 C.每个气体分子对器壁的平均撞击力都变大 压强就越大，如图所示. D.气体密度增大，单位体积内分子质量变大 思维导引：(1)影响气体压强的原因是分子的 平均动能和单位体积的分子个数；(2)温度是 分子平均动能的标志，体积决定分子的数 体积大 体积小 密度 ·43· 物理选择性必修第三册课堂学案 【变式3】如图所示，一定质量的理想气体由状态 A.气体的平均动能不变 A沿平行于纵轴的直线变化到状态B,则它 B.气体的内能增加 的状态变化过程是 () 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 课末·随堂演练 1.(理想气体)（多选）关于理想气体的认识，下列 端的距离为L,外界大气压为1.0×10Pa,温 说法正确的是 () 度为27℃，现用电热丝对密闭气体缓慢加 A.它是一种能够在任何条件下都能严格遵守 热，求： 气体实验定律的气体 (1)当加热到227℃时，活塞离汽缸右端的 B.它是一种从实际气体中忽略次要因素，简化 距离； 抽象出来的理想模型 (2)当加热到527℃时，汽缸内密闭气体的 C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体 压强. 积都有关 D.被压缩的气体，不能视为理想气体 2.(气体实验史律的做观解释)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 3.(理规气体的状态方程及应用)如图所示，一水 平放置的汽缸左端开孔，汽缸内壁的长度为 2L,一活塞只能在汽缸内运动，其右边密闭有 一定质量的理想气体，不计活塞厚度和所有摩 擦，活塞和汽缸均绝热.开始时活塞离汽缸右 友情提示完成Ps课时作业（九） ·44第3节气体的等压变化和等容变化 [例题3]B解析当缓慢升高缸内气体温度时，气体先发生等 容变化，根据查理定律，缸内气体的压强p与热力学温度T 第1课时 气体的等压变化和等容变化 成正比，在力一T图像中，图线是过原，点的倾斜的直线：当活 课前·教材预案 塞离开小挡板后，缸内气体的压强等于外界的大气压，气体 【教材梳理】 发生等压膨胀，在p-T图像中，图线是平行于T轴的直 知识点一 线，选项A,C、D错误，B正确. 1.压强 [变式3]AC解析由题图可知，A→B是等压膨胀过程，由 2.(1)正比 (2)CT (3)质量 压强(4)过原点的直线 盖一吕萨克定律兰=兰得T>TA即温度升高，BC是 TA TE T 知识点二 等温压缩过程，由mVB=pcVe知pc>B即压强变大， 1.体积 CA是等容降压过程，由查理定体会=会知Te>T,温 Tc 2.(1)正比 (2)CT (3)质量体积(4)①过原点的直 度降低，选项A、C正确 线②-273.15℃ 课末·随堂演练 【自主检测】 1,B匠团由盖一吕萨克定律可得的=器，代入款据可知， 1.(1)×(2)/ (3)/ (4)× 2.4001.5 号=300K,解得T,=450K,所以升高的温度△=150K= 3 T 课堂·深度探究 2 【情境导学】 150℃，选项B正确. 答案水银柱向上移动.说明了在保持气体压强不变的情况 2.B解析冷藏室气体的初状态为T=(273十27)K-300K, 下，封闭气体的体积随温度的升高而增大. 力=1.0×10°Pa,末状态为T2=(273十7)K=280K,设此 [例题1]C解析当水银柱最下端上升到A,B处时，电路自动 时冷藏室内气体的压强为，此过程气体体积不变，根据查 断开，此时空气柱长度为山=山十受在此过程中空气柱 理定律号=号，代入数据解得m≈0,93X10Pa,选项B 的压强不变，根据盖一吕萨免定律有光=头，联立并代 正确。 T 3.D解析气体在A→C过程中发生等温变化，由V=C(恒 入数据解得T1=330K,选项C正确. 量)可知，体积减小，压强增大，选项A错误；在C→B变化过 [变式1]解析初状态：T1=(273+20)K=293K,V=hS. 末状态：T2=(273十100)K=373K,V2=h2S,其中S为活 程中，气体的体积不发生变化，即为等容变化，由号=C(恒 塞的横截面积 量)可知，温度升高，压强增大，选项B错误：在A→C→B过 报据盖一吕萨免定体宁-尝，得-片， 程中，气体的压强始终增大，所以气体在状态B时的压强最 大，选项C错误，D正确. 即a-会-0×3781.27m. 第2课时理想气体、气体实验定律的微观解释 答案1.27h 课前·教材预案 【情境导学】 【教材梳理】 答案火罐内的气体体积一定，冷却后气体的温度降低，压强 知识点一 减小，故在大气压力的作用下被“吸”在皮肤上， 1.任何任何 2.零下几十摄氏度大气压的几倍 [例题2]解析(1)当缸内气体温度为27℃时，活塞刚好与地面 接触，但对地面无压力：设此时封闭气体的压强为P1,对活 知识点二 1.质量热力学温度T 塞由平衡条件可得S=S十mg,解得力=9.0X10Pa① (2)现使汽缸内气体温度升高，当汽缸恰对地面无压力时， 2-c 设此时封闭气体的压强为2，温度为T2,对汽缸由平衡条 3.质量 件可得pS十Mg=p2S,解得p:=1.2X105Pa ② 知识点三 已知T=300K,对汽缸内气体，温度升高过程中，气体体积不 1.温度增大增大 支，即为等容变化，由查理定律可得号一号⊙，联立0②回可 2.增大增大减小不变 3.增大增大 【自主检测】 得T2=400K,即2=127℃. 1.(1)×(2)×(3)×(4)/ 答案(1)9.0×10Pa(2)127℃ 2.2p [变式2]解析(1)拎起时对汽缸分析有 课堂·深度探究 PiS+Mg=poS, 【情境导学】 解得A一A竖 答案理想气体模型：因为气体实验定律只在压强不太大、温 (2)倒置后加热使活塞回到原来位置，则倒置前后体积不 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，特引入了理想 变，设此时气体气压为2，对汽缸有pS十Mg=p2S, 气体模型. 该气体为等容变化，有票=T千△T [例题1]ABC解析理想气体是物理学上为了简化问题而引 解得aT-当远 入的一个理想化模型，在现实生活中不存在，选项A正确； 严格遵从气体实验定律的气体是理想气体，实际中只要气 圈①a学eng 体的压强不太大，温度不太低，都可以近似看成理想气体， 选项B正确；温度是分子平均动能的标志，一定质量的理想 ·177· 气体忽略了分子势能，所以它的内能增大，分子平均动能增：2.D解析从A到B气体温度不变，分子平均动能不变，选项 大，则温度一定升高，选项C正确：只有当压强不太大，温度 不太低时，才可以将氨气当作理想气体，选项D错误 A错民从B到C为等容变化，据查理定体器-是可知，。 [变式1门C解析理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵 气体压强增大，温度升高，则气体分子平均动能增大，选项B 守气体实验定律的气体，选项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，选项C正 送A到C状态为等压支化，根据盖吕萨克定律二一 确，B、D错误 可知，气体体积增大，温度升高，则气体分子平均动能增大， 【情境导学】 分子撞击器壁的平均作用力增大，选项C错误；从A到B过 答案以热气球及其中所含空气整体为研究对象，受重力及 程气体温度相同，分子撞击器壁的平均作用力相等，压强变 周围空气的浮力作用，当燃烧器喷出火焰时，将气球内空气 小的原因是气体体积增大，分子密集程度减小，选项D正确. 加热，温度升高，但气体压强始终等于外界大气压强，可认为 3.解析(1)对密闭气体加热，活塞向左运动的过程中，气体做 是不变的.由理想气体状态方程兴=C知，p一定，T增大， 等压变化，压强始终等于大气压，设汽缸横裁面积为S,活塞 恰运动到汽缸左端时气体温度为1℃，则T1=(27十273)K, 则V增大，于是气球内热空气体积膨胀，从下面漏出，使气球 V)=LS:T=(t+273)K,V=2LS, 内所含空气的质量减小，热气球整体的重力减小，当空气的 浮力大于重力时，热气球便会上升， 由一3#克定体特兴子 T, [例题2]解析设玻璃管的横裁面积为S,以封闭气体为研究 解得t=327℃， 对象 故当加热到227℃时，活塞没有运动到汽红左端处，设此时 初状态：p1=p=76cmHg, 活塞离汽缸右端距离为x,则密闭气体的温度 V1=L1·S=8cm·S,T1=304K: T2=500K,体积V2=xS, 末状态：p2=p十2cmHg=78cmHg, 由益一昌萨克交体得兴-号 V=La·S=9cm·S, 根据理想气体状态方程”=业 解得x=号L T (2)当加热到527℃时，活塞已运动到汽缸左端处，设此时密 代入数据解得：T2=351K,则2=(351一273)℃=78℃. 答案78℃ 闭气体的压强为p, 则T3=800K,V3=2LS, [变式2]解析被封闭气体在变化过程中其体积、温度、压强皆 发生了变化. 由理想气体状态方程得Y=业 T T 气体初状态T=480K,V1=H1S,p=2×10Pa, 气体末状态T2=300K,V2=H2S,2未知， 解得A=1.3X10Pa(线号×10Pa). 根据题意，活塞速度最大时加速度减小为零，活塞所受合力 (2)1.33×105Pa 为零，有S=mg十S, 答系(1)L 可求得p2=1.2×10Pa; 培优课一理想气体中的三大热点问题 由理想气体找态方程得'= T T 课堂·深度探究 解得H2=12.5cm [例题1]解析从题图甲可以直观地看出，气体在A、B、C、D各 答索12.5cm 状态下压强和体积分别为pA=4atm,pa=4atm,pc= 【情境导学】 2 atm,PD=2 atm,VA=10 L,Vc=40 L,Vp=20 L. 答案液氮汽化成气体，压强迅速增大，当压强达到饮料瓶承 (1)根据理想气体状态方程得 受的极限再增大时，饮料瓶就会爆炸开来 PAVA PCVc PDVD [例题3]A解析体积减小，单位体积内的分子数目增多，所 TA Tc TD 以气体压强增大，选项A正确；分子和器壁间无引力作用， 选项B错误；气体的温度不变，分子的平均动能不变，对器 解得T-能·-淡8×300K=0K。 壁的平均撞击力不变，选项C错误；单位体积内气体的质量 Tn=·n-器×30K=0K 变大，不是压强变大的原因，选项D错误 PAVA [变式3]B解析从题图中的AB图线可得，气体由状态A到 由题意知，B到C是等温变化，则T4=Tc=600K 状态B为等容升压变化，根据查理定律，一定质量的理想气 (2)因由状态B到状态C为等温变化， 体，当体积不变时，压强与热力学温度成正比，由A到B是 由玻意耳定律有pVB=cVc, 压强增大，温度升高，分子平均动能增加，选项A错误：理 解得Va=cV=2X40L=20L PB 4 想气体的内能只与温度有关，气体的温度升高，内能增加， 在V-T图上找出A、B、C、D各状态的位置，然后用图线依 选项B正确；气体体积不变，气体分子的数密度不变，温度 次连接（如图所示），由此可知，AB是等压膨胀过程，BC是 升高，气体分子平均速率增大，则气体分子在单位时间内与 等温膨胀过程，CD是等压压缩过程 单位面积器壁碰撞的次数增加，选项C、D错误。 V/L 课末·随堂演练 1.AB解析理想气体是从实际气体中忽略次要因素，抽象出 来的一种理想模型，温度不太低、压强不太大的实际气体可 祝为理想气体；理想气体在任何温度、任何压强下都遵从气 300600T/N 体实验定律，选项A、B正确：一定质量的某种理想气体的内 答案(1)600K600K300K(2)见解析 能只与温度有关，与体积无关，选项C错误：被压缩的气体， [变式1]AB解析因为bc的延长线通过原点，所以c是等容 也可视为理想气体，选项D错误 线，即气体体积在c过程中保持不变，选项B正确；ab是等 ·178.