2.3 理想气体 气体实验定律的微观解释 第2学时 导学案-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理导学案围绕理想气体、理想气体状态方程及气体实验定律的微观解释展开，引导学生通过课本导练填空回顾理想气体定义、实际气体近似条件及微观特点，结合气体实验定律推导状态方程，构建知识脉络。 突出科学思维培养，通过理想气体模型建构、状态方程推导及微观解释训练科学推理，小组讨论与课堂小测促进科学探究，联系分子动能和数密度深化物理观念，习题层次分明提升应用能力，助力学生掌握重点突破难点。

第2章　 气体、固体和液体 第2课时 理想气体 气体实验定律的微观解释 【课标要求】通过实验，了解气体实验定律。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。 【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。 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。 【学习重难点】 重点：1.理想气体状态方程的内容及其应用； 2．理想气体的状态方程的推导。 难点：理想气体的状态方程的应用。 课本导练 必备知识 一、理想气体 1．理想气体：______________________________。 2．理想气体与实际气体 实际气体在________________________时，可以当成理想气体来处理。 3．从微观的角度看，理想气体的特点 (1)______________________________。 (2)____________________。 (3)______________________________。 4．理想气体是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想化模型，实际_________。 二、理想气体状态方程 1．内容：_________________________________________________。 2．表达式： 或 。 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：___________。 4．理想气体状态方程与气体实验定律的关系 ⇒ 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，____________________。体积减小时，_____________________________________________。 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，____________________，只有____________________，才能保持压强不变。 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，____________________，温度升高时， ____________________。 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并完成下列问题讨论且进行展示。 1．一个容器内部呈不规则形状，为测量它的容积，在容器上插入一根两端开口的玻璃管，接口用蜡密封。玻璃管内部横截面积为 ，管内一静止水银柱封闭着长度为 的空气柱，如图，此时外界的温度为 。现把容器浸在温度为 的热水中，水银柱静止时下方的空气柱长度变为 。实验过程中认为大气压没有变化，请根据以上数据推导容器容积的表达式。 点评点拨 一、理想气体 一定质量的理想气体的内能与什么因素有关？ 对理想气体的理解 (1)理想气体是对实际气体的一种科学抽象，就像质点、点电荷模型一样，是一种理想模型，实际并不存在.题目中无特别说明时，一般都可将实际气体作为理想气体来处理． (2)实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，在压强不太大(不超过大气压强的几倍)、温度不太低(不低于零下几十摄氏度)时，才可以近似视为理想气体． (3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能，理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，一定质量的理想气体内能只与温度有关． 注：实际气体在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压强的几倍时，可以当成理想气体来处理．实际气体都是在压强不太大、温度不太低的条件下近似遵从气体实验定律． 例1． （多选）关于理想气体的性质，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．理想气体是人为规定的，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，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 变式训练1． （多选）对于一定质量的理想气体，下列过程可能发生的是（ ） A．气体的温度变化，但压强、体积保持不变 B．气体的温度、压强保持不变，而体积发生变化 C．气体的温度保持不变，而压强、体积发生变化 D．气体的温度、压强、体积都发生变化 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。 应用理想气体状态方程解题的步骤 1．必须确定研究对象，即某一定质量的理想气体(理想气体保持质量不变)，分析它的变化过程． 2．确定初、末两状态，挖掘题目中的隐含条件，例如：“密闭”——气体状态变化过程中质量不变；“极细的管”——管的体积不计；“连通”——压强相等；“导热”——温度相同.准确找出初、末两状态的六个状态参量，特别是压强． 3．用理想气体状态方程列式并求解． 例2． 湖底温度为7℃，有一球形气泡从湖底升到水面（气体质量恒定）时，其直径扩大为原来2倍。已知水面温度27℃，大气压强p0＝1.02×105Pa，则湖水深度约为（ ） A．65m B．55m C．45m D．25m 变式训练2． 一定质量的理想气体，经历了如图所示的状态变化过程，则此三个状态的温度之比是（ ） A．1∶3∶5 B．3∶6∶5 C．3∶2∶1 D．5∶6∶3 三、气体实验定律的微观解释 气体实验定律中温度、体积、压强在微观上分别与什么物理量相关？ 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，分子越密集，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，如图甲所示． 　　　　 盖-吕萨克定律 1．宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强保持不变时，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，分子的平均动能增大，单个分子撞击器壁的作用力变大，而要使压强不变，则需减小单位时间内撞击到单位面积器壁上的分子数，即减小分子的密集程度，所以气体的体积增大，如图乙所示． 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，分子的密集程度不变，温度升高，分子平均动能增大，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，且单个分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图丙所示． 例3． （多选）甲、乙两个密闭的容器中分别装有等质量的同种气体，两容器的容积分别为V甲、 V乙，两容器中气体的压强分别为p甲、p乙，已知V甲＞V乙。p甲=p乙，则下列说法正确的是（ ） A．两容器中气体温度相同 B．甲容器中气体分子的平均速率较大 C．乙容器中气体分子与器壁的平均撞击力较小 D．甲容器中气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数较多 E．乙容器中气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数较多 变式训练3． 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．单位体积内的分子数目不变 小结小测 一、课堂小结 二、课堂小测 （1）实际气体在常温常压下可看作理想气体。（ ） （2）理想气体是为了研究问题的方便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。（ ） 【参考答案】 课本导练 必备知识 【答案】 一、1．理想气体：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。 3．从微观的角度看，理想气体的特点 (1)气体分子本身的大小与分子间距离相比忽略不计。 (2)气体分子间的相互作用力忽略不计。 (3)气体分子与器壁碰撞的动能损失忽略不计。 4．理想气体是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想化模型，实际并不存在。 【答案】 二、1．内容：一定质量的某种理想气体，在从一个状态(p1、V1、T1)变化到另一个状态(p2、V2、T2)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： 或 。 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．理想气体状态方程与气体实验定律的关系 ⇒ 【答案】 三、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，分子的平均动能不变。体积减小时，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多，气体的压强就增大。 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，分子的平均动能增大，只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。 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，分子的平均动能增大，气体的压强增大。 展示讨论 1．【答案】 点评点拨 一、理想气体 【答案】 思维探究 由于理想气体分子间的相互作用力忽略不计，因此不考虑分子势能，所以一定质量的理想气体的内能只与分子动能有关，即只与温度有关。 例1．【答案】ABC 变式训练1．【答案】CD 二、理想气体的状态方程 【答案】 思维探究 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，根据查理定律可得 ② 由题意可知：TA＝TB③ VB＝VC④ 联立①②③④式可得 。 例2．【答案】A 变式训练2．【答案】B 三、气体实验定律的微观解释 【答案】 思维探究 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。 例3．【答案】BCE 变式训练3．【答案】B 小结小测 二、课堂小测 【答案】 √ √ × × × 学科网（北京）股份有限公司 $