3. 第2课时 理想气体和气体实验定律的微观解释-【金版新学案】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步课堂高效讲义教师用书（人教版）

本讲义聚焦理想气体及状态方程、气体实验定律的微观解释核心知识点，从理想气体定义出发，通过情境导入与师生互动推导状态方程，再结合分子动理论解释玻意耳、盖-吕萨克、查理定律，构建宏观规律与微观本质的学习支架。 该资料以情境导入（如液氮饮料瓶爆炸）激发兴趣，通过探究归纳培养科学思维（模型建构、科学推理），典型例题与针对练强化应用。课中助力教师引导逻辑推导，课后学生可借表格总结与习题巩固，提升物理观念和科学探究能力，有效查漏补缺。

第2课时　理想气体和气体实验定律的微观解释 【素养目标】　1.知道什么是理想气体。2.理解理想气体的状态方程，并会分析相关问题。3.从微观角度解释气体实验定律和现象。 知识点一　理想气体及理想气体的状态方程 【情境导入】　有没有在任何条件下气体实验定律都适用的气体呢？气体实验定律的成立条件是什么？ 提示：没有；气体实验定律要求气体满足压强不太大(相对大气压)、温度不太低(相对室温)的条件。 【教材梳理】 (阅读教材P28—P29完成下列填空) 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之比保持不变。 (2)表达式：＝C。 (3)成立条件：一定质量的理想气体。 学生用书⬇第42页 【师生互动】　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，请问状态A的三个状态参量pA、VA、TA与状态C的三个状态参量pC、VC、TC之间有什么关系？ 提示：由题意可知TA＝TB，VB＝VC A→B为等温变化过程，根据玻意耳定律可得 pAVA＝pBVB B→C为等容变化过程，根据查理定律可得＝ 联立可得＝。 【探究归纳】 1.理想气体的特点 (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。 (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。一定质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。公式中的常量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 ＝ 理想气体的理解 (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 答案：AD 解析：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，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，C错误。 理想气体状态方程的应用 如图所示，粗细均匀、一端封闭一端开口的U形玻璃管，当t1＝31 ℃、大气压p0＝76 cmHg时，两管水银面相平，这时左管被封闭理想气体气柱长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？ 答案：(1)78 ℃　(2)11.75 cm 解析：(1)取左管中气体为研究对象，设玻璃管的横截面积为S，初状态p1＝p0＝76 cmHg，T1＝t1＋273 K＝304 K，V1＝l1S＝(8 cm)·S，因为左管水银面下降1 cm，右管水银面一定上升1 cm，则左管气柱长为l2＝9 cm时，左、右两管高度差为2 cm，因而末状态p2＝p0＋2 cmHg＝78 cmHg，V2＝(9 cm)·S 由＝代入数据解得T2＝351 K 可知t2＝78 ℃。 (2)在78 ℃情况下，气柱长从9 cm减小到8 cm，有＝，且V1＝V3，T2＝T3 代入数据解得p3＝87.75 cmHg。 故应在右管加水银柱的高度为 (87.75－76) cm＝11.75 cm。 学生用书⬇第43页 应用理想气体状态方程解题的一般步骤 1.明确研究对象，即一定质量的理想气体。 2.确定气体在初、末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2。 3.由理想气体状态方程列式求解。 4.必要时讨论结果的合理性。 针对练.如图所示，一汽缸倒置悬挂，汽缸的横截面积S＝10 cm2，高度为H＝16 cm，汽缸壁的厚度忽略不计，活塞质量为m＝2 kg，厚度忽略不计，其中密封一定质量的理想气体，汽缸与活塞之间用一轻弹簧连接，弹簧的劲度系数k＝5 N/cm。已知汽缸和活塞由绝热材料制成，密封性良好，汽缸内壁光滑，弹簧始终处于弹性限度内。外界大气压p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。开始时气体的温度为27 ℃，弹簧处于原长，活塞处于汽缸的中间位置。T＝t＋273 K。求： (1)开始时汽缸内密封气体的压强； (2)对汽缸内气体缓慢加热，使活塞与汽缸口平齐，此时汽缸内密封气体的热力学温度。 答案：(1)8.0×104 Pa　(2)900 K 解析：(1)开始时，对活塞，根据平衡条件有 p1S＋mg＝p0S 解得p1＝8.0×104 Pa。 (2)活塞与汽缸口平齐时，对活塞，根据平衡条件有p2S＋mg＝p0S＋k· 解得p2＝1.2×105 Pa 根据理想气体状态方程得＝ 由题意知T1＝300 K，V2＝2V1 解得T2＝900 K。 知识点二　气体实验定律的微观解释 【情境导入】　某电视台曾播放过这样一个节目：把液氮倒入饮料瓶中，马上盖上盖子并拧紧，人立即离开现场。一会儿饮料瓶就爆炸了。你能解释一下原因吗？ 提示：饮料瓶内液氮吸热后变成氮气，分子运动加剧，瓶内气体分子频繁、持续碰撞瓶内壁产生的压强逐渐增大，当瓶内外的压强差大于瓶子所能承受的限度时，饮料瓶发生爆炸。 【教材梳理】 (阅读教材P29完成下列填空) 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。在这种情况下，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。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。 【师生互动】　自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”。 学生用书⬇第44页 任务1.怎样用分子动理论的观点来解释这种现象？ 任务2.微观上气体的压强与什么因素有关？ 提示：任务1.随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的数密度不断增大，故气体的压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。 任务2.分子的数密度和分子的平均动能。 【探究归纳】 气体实验定律的宏观表现及微观解释 气体实 验定律 宏观表现 微观解释 玻意耳 定律 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 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，单位时间内撞击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 盖－吕萨 克定律 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 温度升高，分子的平均动能增大，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 查理 定律 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 体积不变，则分子的数密度不变，温度升高，分子的平均动能增大，撞击器壁的平均作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示 (多选)一定质量的理想气体从状态A开始，经历状态B、C、D回到状态A的p-T图像如图所示，其中BA的延长线经过原点O，BC、AD与横轴平行，CD与纵轴平行，下列说法正确的是(　　) A.A到B过程中，气体的体积变大 B.B到C过程中，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数减少 C.C到D过程中，气体分子热运动的剧烈程度不变 D.D到A过程中，气体内能减小，体积增大 解题指导：(1)AB段为等容线。 (2)BC段和DA段均为等压线。 (3)CD段为等温线。 答案：BC 解析：由于AB段所在直线过原点，故AB段为等容线，A到B过程中，气体的体积不变，A错误；BC段为等压线，B到C过程中压强不变，温度升高，体积增大，分子平均动能增大，气体分子单位时间内撞击单位面积器壁的次数减少，B正确；CD段为等温线，C到D过程中，温度不变，气体分子热运动的剧烈程度不变，C正确；DA段为等压线，D到A过程中压强不变，温度降低，气体内能减小，体积减小，D错误。 针对练1.(2025·石家庄高二检测)下列关于气体压强的说法，正确的是(　　) A.气体压强是由于气体分子之间的相互碰撞而产生的，而不是气体分子对器壁的碰撞 B.一定质量的理想气体，只要体积减小，单位体积内气体的分子数就增多，气体分子对器壁的碰撞就更加频繁，压强就增大 C.一定质量的理想气体，只要温度升高，气体分子的平均速率就增大，在单位时间内对单位面积器壁的平均撞击力就增大 D.容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等 答案：D 解析：由气体实验定律的微观解释可知，气体压强是由于气体分子对器壁的碰撞而产生的，A错误；一定质量的理想气体，从宏观上看，压强与气体的体积及温度有关，从微观上看，压强与单位体积内的分子数及分子的平均动能有关，故体积减小，压强不一定增大，B错误；一定质量的理想气体，温度升高，气体分子的平均速率增大，对器壁的平均撞击力增大，由于体积的变化不确定，所以气体分子在单位时间内对单位面积器壁的平均撞击力不一定增大，C错误；容器内的大量气体分子对器壁的碰撞满足统计规律，机会均等，故器壁各部分气体压强相等，D正确。 针对练2.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(　　) 学生用书⬇第45页 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气体压强变小的原因是分子的数密度减小 答案：D 解析：从A到B气体温度不变，分子平均动能不变，故A错误；从B到C为等容变化，根据查理定律＝可知，气体压强增大，温度升高，则气体分子平均动能增大，故B错误；A、C状态压强相等，VC＞VA，根据盖－吕萨克定律＝可知TC＞TA，则状态C气体分子平均动能大于状态A气体分子的平均动能，则A、C状态分子撞击器壁的平均作用力不相等，故C错误；从A到B气体温度不变，分子撞击器壁的平均作用力不变，压强变小的原因是气体体积增大，分子数密度减小，故D正确。 学科网（北京）股份有限公司 $