2.3.2 理想气体、气体实验定律的微观解释（教用Word）-【金榜题名】2025-2026学年高二物理选择性必修第三册同步学案（人教版）

本讲义聚焦理想气体模型、状态方程及气体实验定律的微观解释，从理想气体定义及实际气体简化条件出发，通过状态方程整合实验定律，再用分子动理论阐释压强变化本质，构建宏观规律与微观本质的学习支架。 资料通过问题探究（如液氮爆炸微观解释）、例题解析与针对训练，培养科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究能力。自我诊断题助力自查，课中辅助教师引导学生深化理解，课后学生可通过实例分析与练习查漏补缺，提升知识应用水平。

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。 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。 一、理想气体 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12＋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。 二、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：＝C。 3．成立条件：一定质量的理想气体。 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，分子的数密度增大(填“增大”或“减小”)，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(填“增大”或“减小”)。 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(填“增大”或“减小”)，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(填“增大”“减小”或“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(填“增大”或“减小”)，气体的压强增大(填“增大”或“减小”)。 [自我诊断] 1．判断下列说法的正误 (1)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。( × ) (2)对于不同的理想气体，其状态方程＝C(恒量)中的恒量C相同。( × ) (3)一定质量的某种理想气体，若T不变，p增大，则V减 小，是由于分子撞击器壁的作用力变大。( × ) (4)一定质量的某种理想气体，若p不变，V增大，则T增大，是由于分子密集程度减小，要使压强不变，分子的平均动能应增大。( √ ) (5)一定质量的某种理想气体，若V不变，T增大，则p增大，是由于分子密集程度不变，分子平均动能增大，而使单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多，气体压强增大。( × ) 2．一定质量的某种理想气体的压强为p，温度为27 ℃时，气体的密度为ρ，当气体的压强增为2p，温度升为327 ℃时，气体的密度是________． 答案：ρ 一、理想气体 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。 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：选AD　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，选项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，选项C错误。 二、理想气体状态方程 [问题探究] 　液态的氮气是惰性的，无色，无臭，无腐蚀性，不可燃，温度极低。氮构成了大气的大部分(体积比78.03%，重力比75.5%)。氮不活泼，不支持燃烧，汽化时大量吸热。在常压下，液氮温度为－196 ℃。 (1)常温常压下氮气能不能看作理想气体？ (2)对于一定质量的理想气体，压强、温度、体积之间的关系是什么？ (3)能不能根据理想气体状态方程推导出查理定律？ 答案：(1)常温常压下氮气可以认为是理想气体。 (2)一定质量的理想气体，压强、温度、体积之间的关系是＝C。 (3)能，查理定律是一定质量的气体在体积不变的情况下，压强和温度的关系，根据理想气体状态方程，体积不变，压强和热力学温度成正比。 [知识深化] 1．对理想气体状态方程的理解 (1)成立条件：一定质量的理想气体。 (2)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。 (3)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。 (4)方程应用时单位方面：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。 2．理想气体状态方程与气体实验定律 ＝ 【特别提醒】 理想气体状态方程是用来解决气体状态变化问题的方程，运用时，必须要明确气体不同状态下的状态参量，将它们的单位统一，且温度的单位一定要统一为国际单位K。 　一汽缸竖直放在水平地面上，缸体质量M＝10 kg，活塞质量m＝4 kg，活塞横截面积S＝2×10－3 m2，活塞上面的汽缸内封闭了一定质量的理想气体，下面有气孔O与外界相通，大气压强p0＝1.0×105 Pa。活塞下面与劲度系数k＝2×103 N/m的轻弹簧相连。当汽缸内气体温度为127 ℃时弹簧为自然长度，此时缸内气柱长度L1＝20 cm。g取10 m/s2，活塞不漏气且与缸壁无摩擦。当缸内气柱长度L2＝24 cm时，求缸内气体温度。 解析：V1＝L1S，V2＝L2S，T1＝400 K p1＝p0－＝0.8×105 Pa p2＝p0＋＝1.2×105 Pa 根据理想气体状态方程，得＝ 解得T2＝720 K。 答案：720 K 应用状态方程解题的一般步骤 (1)确定研究对象，即一定质量的理想气体。 (2)确定气体的初、末状态参量p1、V1、T1和p2、V2、T2，并注意单位的统一。 (3)由状态方程列式求解。 (4)讨论结果的合理性。　　 [针对训练] 1．(多选)一定质量的理想气体经历一系列状态变化，其p ­图线如图所示，变化顺序由a→b→c→d→a，图中ab线段延长线过坐标原点，cd线段与p轴垂直，da线段与轴垂直。气体在此状态变化过程中(　　) A.a→b，压强减小、温度不变、体积增大 B．b→c，压强增大、温度降低、体积减小 C．c→d，压强不变、温度降低、体积减小 D．d→a，压强减小、温度升高、体积不变 解析：选AC　由图像可知，a→b过程，气体压强减小而体积增大，气体的压强与体积倒数成正比，则压强与体积成反比，气体发生的是等温变化，故A正确；由理想气体状态方程可知：p＝CT·，由图示可知，连接Ob的直线的斜率小，所以b的温度小，b→c过程温度升高，由图还可知，同时压强增大，且体积也增大，故B错误；由图像可知，c→d过程，气体压强p不变而体积V变小，由理想气体状态方程＝C可知，气体温度降低，故C正确；由图像可知，d→a过程，气体体积V不变，压强p变小，由理想气体状态方程＝C可知，气体温度降低，故D错误。故选AC。 三、气体实验定律的微观解释 [问题探究] 　中央电视台在《科技之光》栏目中曾播放过这样一个节目：把液氮倒入饮料瓶中，马上盖上瓶盖并拧紧，人立刻撤离现场，一会儿饮料瓶爆炸，你能解释一下原因吗？ 答案：液氮吸热汽化，分子运动加快，饮料瓶内气体压强迅速增大，当大于瓶壁承受的压强时，饮料瓶爆炸。 [知识深化] 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。体积越小，分子的数密度越大，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．盖一吕萨克定律 (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，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。 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。 (2)微观解释：体积不变，则分子的数密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁单位面积的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。 　　　(多选)对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，压强和体积都可能不变 解析：选AB　根据理想气体压强、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，气体分子的数密度减小，B正确；压强不变，温度降低时，体积减小，气体分子的数密度增大，C错误；温度升高，其中压强、体积至少有一个发生改变，D错误。 气体实验定律的微观解释的方法 (1)宏观量温度的变化对应着微观量分子的平均动能的变化，宏观量体积的变化对应着微观量气体分子的数密度的变化。 (2)压强的变化可能由两个因素引起，即分子热运动的平均动能和分子的数密度，可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断。　　 [针对训练] 2．(多选)两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种理想气体，已知容器中气体的压强不相同，则下列判断中正确的是(　　) A．压强小的容器中气体的温度比较高 B．压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少 C．压强小的容器中气体分子的平均动能比较小 D．压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大 解析：选CD　相同的容器分别装有等质量的同种气体，说明它们所含的分子总数相同，即分子数密度相同，B错误；压强不同，一定是因为两容器中气体分子平均动能不同造成的，压强小的容器中分子的平均动能一定较小，温度较低，故A错误，C正确；压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大，故D正确。 1．(多选)关于理想气体的认识，下列说法正确的是(　　) A．它是一种能够在任何条件下都能严格遵守气体实验定律的气体 B．它是一种从实际气体中忽略次要因素，简化抽象出来的理想模型 C．在温度不太高、压强不太小的情况下，气体可视为理想气体 D．被压缩的气体，不能视为理想气体 答案：AB 2．一定质量的理想气体沿如图所示状态变化，方向从状态a到状态b(ba延长线过坐标原点)，到状态c再回到状态a，气体在三个状态的体积分别为Va、Vb、Vc，则它们的关系正确的是(　　) A．Va＝Vb B．Va>Vc C．Vb＝Va D．Vc＝Va 解析：选C　由题图可知，pa＝p0，pb＝pc＝2p0，Ta＝300 K，Tc＝600 K，tb＝2ta＝54 ℃，Tb＝327 K； 由理想气体状态方程得Va＝＝300 K·，Vc＝＝300 K·，则Va＝Vc。 由理想气体状态方程可知Vb＝＝＝Va，故A、B、D错误 ，C正确。 3．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，单位体积内分子重量变大 解析：选A　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。 4．某医院使用的氧气瓶容积为32 L，在温度为27 ℃时瓶内压强为15 atm，按规定当使用到17 ℃时压强降到1 atm，便应重新充气。该医院在22 ℃时，平均每天用0.1 atm的氧气429 L，问一瓶氧气能用多少天？ 解析：设一瓶氧气能用n天，根据题意 气体初态时p0＝15 atm V0＝32 L，T0＝300 K n天用掉的氧气 p1＝0.1 atm，V1＝429n L，T1＝295 K 瓶内剩余的氧气p2＝1 atm，V2＝32 L， T2＝290 K 由理想气体状态方程得 ＝＋，代入数据得n＝10 所以一瓶氧气能用10天。` 答案：10天 学科网（北京）股份有限公司 $