第3节 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配套课件（粤教版）

该高中物理课件聚焦气体压强微观解释、实验定律微观机理及理想气体模型，通过豆粒碰撞秤盘模拟实验，从单颗到多颗、不同高度的操作，搭建宏观现象到微观本质的学习支架，衔接分子动理论与气体实验定律。 其亮点在于以情境模拟和模型建构落实科学思维，如用豆粒实验具象化分子碰撞，推导理想气体状态方程时融合玻意耳定律与查理定律。通过课堂探究题分析等容升压过程，帮助学生建立微观认知，为教师提供系统教学资源，提升教学效率。

第三节　气体实验定律的微观解释 　　　　 第二章 气体、液体和固体 1.能用分子动理论解释气体实验定律。　 2.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。　 3.掌握理想气体状态方程的内容和表达式，并能应用其解决实际问题。 素养目标 知识点一　气体压强的微观解释 1 知识点二　气体实验定律的微观解释 2 知识点三　理想气体 3 课时测评 5 随堂演练　对点落实 4 内容索引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 知识点一　气体压强的微观解释 返回 自主学习 情境导入　把一颗豆粒拿到台秤上方20 cm的位置，放手后使它落在秤盘上，发现单颗豆粒给秤盘的压力很小，作用时间也很短。 (1)从相同高度把100颗豆粒均匀连续地倒在秤盘上，豆粒能否对秤盘产生持续压力，压力大小如何变化？ 提示：大量的豆粒对秤盘的频繁碰撞，就对秤盘产生了一个较大的、持续的、均匀的压力。 (2)用更多的豆粒从更高的位置连续均匀地倒在秤盘上，豆粒对秤盘的压力如何变化？ 提示：单位时间与秤盘碰撞的豆粒越多，豆粒撞击秤盘的速度越大，对秤盘产生的压力越大。 教材梳理 (阅读教材P29完成下列填空) 1．从微观分子的运动及______规律来看，气体的压强是大量气体分子频繁碰撞器壁的结果。 2．从分子动理论的观点来看，气体压强是大量气体分子对器壁作用的宏观效果，大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的____________。 统计 平均作用力 课堂探究 师生互动　决定气体压强大小的微观因素：气体分子的密集程度和气体分子的平均速率。思考：单位体积内气体分子数越大，分子平均速率越大，气体压强如何变化？ 提示：气体的压强与气体分子的密集程度有关：气体分子的密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大。 气体的压强与气体分子的平均速率有关：气体的温度越高，气体分子的平均速率就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大。 例1 √ √ (多选)(2025·广东茂名高二期末)一位同学为了表演“轻功”，他用打气筒给4只相同的气球充以相等质量的空气，然后将这4只气球以相同的方式放在水平放置的木板上，在气球的上方放置一轻质塑料板，如图所示。则关于气球内气体的压强，下列说法正确的是 A．气球内气体的压强大于大气压强 B．气球内气体的压强是由于气体重力而产生的 C．气球内气体的压强是由于气体分子之间的斥力而产生的 D．气球内气体的压强是由于大量气体分子的碰撞而产生的 气球内气体的压强等于大气压强与气球弹力产生的压强之和，所以大于大气压强，A正确；气球内气体的压强不是由于气体的重力以及气体分子之间的斥力而产生的，而是由于大量分子都在不停地做无规则运动，与器壁频繁碰撞，使器壁受到一个持续的、均匀的压力，致使气体对器壁产生一定的压强，B、C错误，D正确。   气体压强 大气压强 区别 ①因密闭容器内的气体分子的密集程度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生 ②大小由气体分子的密集程度和平均速率决定，与地球的引力无关 ③气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的 ①由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用，地球表面就没有大气，从而也不会有大气压强 ②地面大气压强的值与地球表面积的乘积，近似等于地球大气层所受的重力值 联系 两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而产生的 气体压强与大气压强的区别与联系 探究归纳 针对练．(2025·广东江门高二校考)如图为模拟气体压强产生机理的演示实验。操作步骤如下：①把一颗豆粒从距秤盘20 cm处松 手让它落到秤盘上，观察指针摆动的情况；②再把100 颗左右的豆粒从相同高度均匀连续地倒在秤盘上，观察 指针摆动的情况；③使100颗左右的豆粒从40 cm的位置 均匀连续倒在秤盘上，观察指针摆动的情况。下列说法 正确的是 A．步骤①和②模拟的是气体压强与气体分子平均速率的关系 B．步骤②和③模拟的是气体压强与分子密集程度的关系 C．步骤②和③模拟的是大量气体分子速率分布所服从的统计规律 D．步骤①和②反映了气体压强产生的原因 √ 步骤①和②都从相同的高度下落，不同的是豆粒的个数，故它模拟的气体压强与分子密集程度的关系，也说明大量的豆粒连续地作用在秤盘上能产生持续的作用力，即反映了气体压强产生的原因，A错误，D正确；步骤②和③的豆粒个数相同，让它们从不同的高度落下，豆粒撞击的速率不同，所以它们模拟的是气体压强与分子的平均速率的关系，B、C错误。故选D。 返回 知识点二　气体实验定律的微观解释 返回 自主学习 教材梳理 (阅读教材P29－P30完成下列填空) 1．玻意耳定律 (1)宏观表现：一定质量的气体，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：一定质量的气体，温度__________时，气体分子热运动的平均速率一定，若气体体积减小，分子的密集程度增大，气体压强增大。反之，若气体体积增大，分子的密集程度______，气体压强______，如图1所示。 保持不变 减小 减小 2．查理定律 (1)宏观表现：一定质量的气体，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：一定质量的气体，体积保持不变时，气体分子的密集程度__________，若气体温度升高，分子热运动的__________增大，气体压强______。反之，若气体温度降低，分子热运动的平均速率减小，气体压强减小，如图2所示。 保持不变 平均速率 增大 3．盖-­吕萨克定律 (1)宏观表现：一定质量的气体，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：一定质量的气体，压强不变时，温度 升高，分子热运动的平均速率______，撞击器壁的 作用力______，而要使压强保持不变，则需______ 分子的密集程度，故气体体积______。反之，若气 体的温度降低，分子热运动的平均速率减小，撞击器壁的作用力减小，而要使压强保持不变，则需增大分子的密集程度，故气体的体积减小，如 图3所示。 增大 变大 减小 增大 课堂探究 如图所示，一定质量的气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则它的状态变化过程是 A．气体的平均速率不变 B．气体的温度升高 C．气体分子的密集程度减小 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 例2 √ 气体由状态A到状态B为等容升压变化，根据查理定律，由A到B温度升高，分子平均速率增加，故A错误，B正确；气体体积不变，气体分子的密集程度不变，温度升高，气体分子平均速率增大，则气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数增加，故C、D错误。 针对练．(多选)对于一定量的理想气体，分子每秒对器壁单位面积平均碰撞次数为N，下列说法中正确的是 A．温度不变时，体积减小，N增大 B．体积不变时，温度减小，N增大 C．压强不变时，体积减小，N增大 D．压强不变时，体积减小，N不变 √ √ 温度不变时，气体分子运动的平均速率不变，当体积减小时，气体分子的密集程度增大，则N一定增大，A正确；体积不变时，气体分子的密集程度不变，当温度减小时，气体分子运动的平均速率减小，则N一定减小，B错误；根据＝ ，可知压强不变时，体积减小，温度降低，则气体分子运动的平均速率减小，即单个分子撞击器壁的平均作用力减小，由于压强不变，则N一定增大，C正确，D错误。故选AC。 返回 知识点三　理想气体 返回 自主学习 情境导入　如图所示，一定质量的某种气体从状态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。 教材梳理 (阅读教材P30－P31完成下列填空) 1．理想气体的定义：严格遵循______________的气体称为理想气体。 2．理想气体的理解：理想气体实际上是不存在的，它是对实际气体的一种________的简化模型。理想气体的理想化微观模型是分子有______而没有______，分子间除相互碰撞外，没有相互作用力。 3．理想气体状态方程：________，式中c是与p、V、T无关的常量。 气体实验定律 理想化 质量 体积 课堂探究 师生互动　任务1.气体实验定律对于任何气体都适用吗？为什么要引入理想气体的概念？ 提示：气体实验定律只在压强不太大、温度不太低的条件下理论结果与实验结果近似一致。为了使气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，引入了理想气体的概念。 提示：与气体的种类和质量有关。 例3 根据题意，由题图可知，封闭气体的压强为p1＝p0＋ph＝(75＋58) cmHg＝133 cmHg。 内径均匀的L形直角细玻璃管，一端封闭，一端开口竖直向上，用水银柱将一定质量的空气封存在封闭端内，空气柱长4 cm，水银柱高58 cm，进入封闭端长2 cm，如图所示，温度是87 ℃，大气压强为75 cmHg，T＝t＋273，求： (1)在如图所示位置空气柱的压强p1； 答案：133 cmHg (2)在如图所示位置，要使空气柱的长度变为3 cm，温度必须降低到多少摄氏度？ 答案：－5 ℃ 根据题意，设玻璃管的横截面积为S，温度降低到t，对空气柱，初态有p1＝133 cmHg，V1＝4S(cm3)，T1＝(273＋87) K＝360 K 末态有p2＝p0＋ph′＝(75＋57) cmHg＝132 cmHg，V2＝3S(cm3)，T2＝(273＋t) K 代入数据解得t≈－5 ℃。 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。 探究归纳 以气缸为研究对象(不包括活塞)，气缸静止，由平衡条件有p1S＝Mg＋p0S 解得p1＝2.0×105 Pa。 针对练．如图所示，气缸内封有一定质量的理想气体，气缸质量M＝100 kg，高度l＝0.4 m，活塞横截面积S＝100 cm2，活塞与气缸顶之间有一劲度系数k＝500 N/m的轻弹簧连接，缸内气体的温度为27 ℃时，活塞位于气缸正中间，弹簧处于原长。活塞与气缸壁无摩擦且不漏气，大气压p0＝105 Pa，重力加速度g＝10 m/s2，T＝t＋273。求： (1)气缸内气体的压强p1； 答案：2.0×105 Pa (2)缸内气体的温度升高到多少摄氏度时，活塞恰好会静止在气缸缸口处？ 答案：357 ℃ 返回 随堂演练　对点落实 返回 √ 一切实际气体并不严格遵循这些定律，但在实际计算中，当气体压强不太大、温度不太低时，气体分子间距离r＞10r0，气体分子间的作用力可以忽略不计，可将气体视为理想气体进行研究，故A、D正确；在任何条件下都遵从气体实验定律的气体，叫作理想气体，故B正确；理想气体是物理学上为了简化问题而引入的一个理想化模型，虽然在现实生活中不存在，但是仍有实际意义，故C错误。故选ABD。 1．(多选)关于理想气体，下列说法中正确的是 A．理想气体的分子间没有分子力 B．理想气体是严格遵从气体实验定律的气体模型 C．理想气体是一种理想化的模型，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，可看成理想气体 √ √ √ 2．将一个乒乓球浸没在水中，当水温升高时，球内气体 A．分子热运动平均速率变小，压强变小 B．分子热运动平均速率变小，压强变大 C．分子热运动平均速率增大，压强变小 D．分子热运动平均速率增大，压强变大 当水温升高时，球内气体的温度升高，平均速率增大，而乒乓球内气体体积不变，分子密集程度不变，气体的压强变大。故选D。 √ 3．(多选)关于一定质量的理想气体，下列说法正确的是 A．体积不变，压强减小时，气体分子的平均速率一定减小 B．温度不变，压强减小时，气体分子的密集程度一定减小 C．压强不变，温度降低时，气体分子的密集程度一定减小 D．温度升高，压强和体积可能都不变 √ 体积不变，压强减小时，根据查理定律可知，温度降低，所以气体分子的平均速率一定减小，故A正确；温度不变，压强减小时，根据玻意耳定律可知，体积变大，所以气体分子的密集程度一定减小，故B正确；压强不变，温度降低时，根据盖­吕萨克定律可知，体积减小，所以气体分子的密集程度一定增大，故C错误；温度升高，根据理想气体状态方程 ＝c可知，p、V的乘积变大，压强和体积不可能都不变，故D错误。故选AB。 √ 4．(沪科版P21示例改编)已知湖水的深度为20 m，湖底的水温为4 ℃，水面的温度为17 ℃，大气压强为1.0×105 Pa。当气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的(重力加速度g取10 m/s2，水的密度ρ取1.0×103 kg/m3，T＝t＋273) A．12.8倍 B．8.5倍 C．3.1倍 D．1.1倍 返回 课 时 测 评 返回 1．关于理想气体，下列说法正确的是 A．理想气体实际存在 B．压强极大的气体也遵从气体实验定律 C．温度极低的气体也是理想气体 D．理想气体是对实际气体的抽象化模型 √ 只要实际气体的压强不是很大，温度不是很低，都可以近似地当成理想气体来处理，理想气体是物理学上为了简化而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在；通常状况下，严格遵从气体实验定律的气体，叫作理想气体。故选D。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 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化模型，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；理想气体的分子有质量而没有体积，分子间无分子力作用，C错误；由理想气体的定义可知D正确。 2．(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，只是一种理想化模型 B．只要气体压强不是很大就可视为理想气体 C．理想气体的分子无质量和体积，分子间除碰撞外，没有相互作用力 D．在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的，故A错误，B正确；根据气体压强的微观解释可知，压强的大小取决于气体分子的密集程度和气体温度的高低，与容器运动的速度无关，故C正确，D错误。故选BC。 3．(多选)关于密闭容器中气体的压强，下列说法正确的是 A．压强是由气体受到的重力产生的 B．压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的 C．压强的大小取决于气体分子的密集程度和气体温度的高低 D．容器运动的速度越大，气体的压强也越大 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 气体的压强与气体分子的密集程度和分子平均速率有关，所以单位体积内的分子数越多，气体的压强不一定越大，故A错误；分子平均速率越小，温度越低，气体压强不一定越小，故B错误；气体的压强是由于大量气体分子频繁撞击器壁引起的，故C错误，D正确。故选D。 4．关于气体的压强，下列说法正确的是 A．单位体积内的分子数越多，气体的压强就越大 B．分子的平均速率越小，气体的压强就越小 C．气体的压强是由于分子间的斥力引起的 D．气体的压强是由于分子频繁撞击器壁引起的 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 5．一定质量的气体，保持温度不变，增大体积，气体的压强减小，从微观角度来讲是因为 A．气体分子的总数减小 B．气体分子的密集程度减少 C．气体分子每次碰撞器壁的平均作用力减小 D．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 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 一定质量的气体，分子数一定，增大气体体积，分子的总数不变，单位体积内的分子数减小，气体分子的密集程度减少，故A错误，B正确；保持气体温度不变，分子的平均速率不变，气体分子每次碰撞器壁的平均作用力不变，故C错误；一定质量的气体，保持温度不变，增大体积，单位时间内单位面积器壁上受到气体分子碰撞的次数减少，故D错误。故选B。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 6．(多选)一定质量的气体，如果保持气体的体积不变，温度升高，那么下列说法中正确的是 A．气体的压强增大 B．单位时间内气体分子对器壁碰撞的次数增多 C．每个分子的速率均增大 D．气体分子的密集程度增大 √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 气体质量一定，而且体积不变，所以气体分子的密集程度不变，故D错误；温度升高，说明分子的平均速率增加，所以在单位时间内气体分子对器壁碰撞的次数增多，故B正确；分子的平均速率增加，分子对器壁碰撞的次数增多，且对器壁的冲力也增大，所以压强一定增大，故A正确；温度升高，分子的平均速率变大，并不代表每个分子的速率均增大，故C错误。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 7．对于一定质量的理想气体，下列情况不可能的是 A．使气体的温度升高，同时体积减小 B．使气体的温度升高，同时压强增大 C．使气体的温度保持不变，而压强和体积同时增大 D．使气体的温度降低，压强和密度同时减小 根据理想气体状态方程 ＝c可知，使气体的温度升高，同时体积减小，则气体的压强增大，故A可能；使气体的温度升高，同时压强增大，气体的体积可能不变、可能减小、也可能增大，故B可能；使气体的温度保持不变，而压强和体积同时增大显然是不可能的，故C不可能；使气体的温度降低，压强减小的同时使气体的体积增大，则此时气体的密度将减小，故D可能。故选C。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 8．如图所示，体积为V、内壁光滑的圆柱形导热气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞，气缸内密封有温度为2.4T0、压强为1.2p0的理想气体。p0和T0分别为外界大气的压强和温度，容器内气体的所有变化过程都是缓慢的，气缸内气体温度为T0、压强为p0时的体积为 A．0.3V B．0.5V C．0.8V D．1V 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 9．(多选)(2025·广东江门第一中学高二校考)在某一容积可改变的容器中封闭着一定质量的理想气体，有关气体的压强，下列叙述中正确的是 A．当气体分子热运动变剧烈且分子平均距离变小时，气体压强可能不变 B．改变容器体积，当气体分子间的平均距离变大时，气体压强可能变大 C．保持容器体积不变，容器做自由落体运动时，容器内气体压强不变 D．当温度升高且单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数不变时，气体压强一定变大 √ √ √ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 气体压强宏观上取决于气体的体积和温度，当分子热运动变剧烈，说明温度T升高，分子平均距离变小，气体体积V变小，则气体压强一定变大；当气体分子间的平均距离变大时，体积变大，若温度升高，则气体压强可能变大，故A错误，B正确；使该容器做自由落体运动，则气体对容器壁的压强不变，故C正确；温度升高，分子的平均动能增大，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数不变时，气体压强一定变大，故D正确。故选BCD。 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 √ 10．往一固定容器内充气，当气体压强为p、温度为27 ℃时，气体的密度为ρ，T＝t＋273。当温度为327 ℃、气体压强为1.5p时，气体的密度为 A．0.25ρ B．0.5ρ C．0.75ρ D．ρ 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 11．(10分)健身球上无人时，球内气体的体积为 100 L、压强为1.6 atm，此时周围的环境温度 为27 ℃。T＝t＋273。 (1)如图所示，某人趴在健身球上静止时，球内体积变为80 L，球内气体可看成理想气体且温度保持不变，求此时球内气体的压强； 对球内的气体由玻意耳定律可得 p1V1＝p′V′ 解得p′＝2 atm。 答案：2 atm 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)把此球从温度为27 ℃的健身房放置到温度为－3 ℃的仓库，当球内气体与环境温度相同后，健身球体积变为96 L，求此时球内气体的压强。 当把此球从27 ℃的健身房放置到－3 ℃的仓库，由理想气体状态方程有 解得p2＝1.5 atm。 答案：1.5 atm 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 12．(10分)如图所示，竖直面内有一粗细均匀的U 形玻璃管。初始时，U形管右管上端封有压强p0＝ 75 cmHg的理想气体A，左管上端封有长度L1＝ 7.5 cm的理想气体B，左、右两侧水银面高度差L2 ＝5 cm，其温度均为280 K。 (1)求初始时理想气体B的压强； 设理想气体B的初始压强为pB，则pB＝p0－5 cmHg＝70 cmHg。 答案：70 cmHg 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 (2)保持气体A温度不变，对气体B缓慢加热，求左、右两侧液面相平时气体B的温度。 返回 答案：500 K 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 谢 谢 观 看 ！ 第二章 气体 、液体和固体 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 ＝ 提示：从A→B为等温变化过程，根据玻意耳定律可得pAVA＝pBVB 从B→C为等容变化过程，根据查理定律可得＝ 由题意可知TA＝TB，VB＝VC 联立解得＝。 ＝c 任务2.理想气体状态方程＝c中的c是与p、V、T无关的常量，那么它与什么有关？ 由理想气体状态方程有＝ ＝ ＝ $