2.3 气体实验定律的微观解释 导学案 -2025-2026学年高二下学期物理粤教版选择性必修第三册

粤教版（2019）选择性必修第三册导学案 2.3气体实验定律的微观解释 一、气体压强的微观解释 1. 微观本质 气体对容器的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的宏观效果，其大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。（类比：雨点密集落在伞面，对伞面施加持续压力） 2. 压强的影响因素 气体压强由分子的运动剧烈程度和分子密集程度共同决定，具体关系： (1) 温度：温度越高，气体分子的平均速率越大，气体的压强越大； (2) 体积：体积越小，气体分子的密集程度越大，气体的压强越大。 二、气体实验定律的微观解释 基于气体压强的微观影响因素，对三大实验定律进行微观层面的推导，核心前提：一定质量的气体（分子总数不变）。 1. 玻意耳定律（T不变） 温度不变时，气体分子热运动的平均速率保持不变（分子运动剧烈程度不变）。 体积减小→分子密集程度增大→单位时间撞击器壁的分子数增多→气体压强增大； 体积增大→分子密集程度减小→单位时间撞击器壁的分子数减少→气体压强减小。 2. 查理定律（V不变） 体积不变时，气体分子的密集程度保持不变（单位体积内分子数不变）。 温度升高→分子热运动的平均速率增大→分子撞击器壁的作用力增大→气体压强增大； 温度降低→分子热运动的平均速率减小→分子撞击器壁的作用力减小→气体压强减小。 3. 盖 - 吕萨克定律（p不变） 温度升高→分子的平均速率增大，分子撞击器壁的作用力增大，若要保持压强不变，需让气体体积增大，使分子的密集程度减小（单位时间撞击器壁的分子数减少），抵消分子运动剧烈程度的影响，最终保持压强不变。 实验探究：实际气体与实验定律的关系 在 1 标准大气压下，将空气、氢气等气体等温压缩至 2 标准大气压，测得pV乘积并非严格相等（如二氧化碳pV=0.99720，空气pV=0.99977）。 结论：实际气体的压缩过程不严格遵循气体实验定律，只有在一定条件下（温度不太低、压强不太大），实际气体才近似遵循。 三、理想气体 为简化气体问题的研究，引入理想化物理模型—— 理想气体，是对实际气体的抽象简化。 1. 定义 在任何温度和任何压强下都严格遵循气体实验定律的气体。 2. 核心特点 严格遵循气体实验定律及理想气体状态方程； 分子本身的大小与分子间距离相比忽略不计，分子视为质点； 分子之间除碰撞外，无其他相互作用力，因此理想气体无分子势能，只有分子动能； 内能只由气体的温度决定（温度是分子平均动能的标志），与气体的体积无关。 注意：实际中不存在真正的理想气体，常温、常压下的空气、氢气等可近似看作理想气体。 四、理想气体状态方程 1. 推导过程 已知一定质量的理想气体，从状态 1（p1​、V1​、T1​）经两步变化到状态 3（p3​、V3​、T3​）： 第一步：状态 1→状态 2，等容过程（V2​=V1​），遵循查理定律； 第二步：状态 2→状态 3，等温过程（T2​=T3​），遵循玻意耳定律； 消去中间量p2​，推导得到状态 1 和状态 3 的参量关系。 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，尽管压强p、体积V、温度T都可能改变，但是压强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： ①； ②。 (3)成立条件：一定质量的理想气体。 说明：①理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象。题目中无特别说明时，一般都可将实际气体当成理想气体来处理。 ②理想气体分子间，除碰撞外无其它作用力，从能量上看，一定质量的理想气体的内能只与温度有关。 考点一：气体压强的微观意义、理想气体 例1.如图所示，一定质量的理想气体经历的状态变化为a→b→c→a，其中纵坐标表示气体压强p、横坐标表示气体体积V，a→b是以p轴和V轴为渐近线的双曲线。则下列结论正确的是（　　） A．状态a→b，理想气体的内能减小 B．状态b→c，单位时间内对单位面积器壁碰撞的分子数变少 C．状态b→c，外界对理想气体做正功 D．状态c→a，理想气体的温度降低 例2.自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是（　　） A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变 B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大 C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体 D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化 例3. 对于一定质量的气体，下列论述中正确的是（   ） A．如果体积减小，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 B．如果压强增大且温度不变，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 D．如果分子密度增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 例4.如图所示，元宵佳节，室外经常悬挂红灯笼烘托喜庆的气氛。若忽略空气分子间的作用力，大气压强不变，当灯笼里的蜡烛燃烧一段时间后，灯笼内的空气（　　） A．分子密集程度增大 B．分子的平均速率不变 C．压强不变，体积增大 D．单位时间与单位面积内与器壁碰撞的分子数减少 例5.对一定质量的气体，若用N表示单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数，则（　　） A．当体积减小时，N必定增加 B．当温度升高时，N必定增加 C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化 D．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变 例6.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，分子平均动能增大，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 考点二：理想气体的状态方程的理解及初步应用 例1.如图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是、、，用、、分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 例2.探空气球主要用于把无线电探空仪携带到高空，以便进行温度、压力、湿度和风速等气象要素的探测。若气球内的气体近似看成质量不变的理想气体，探空气球在高空漂浮时，温度比在地面时降低，体积比在地面时变大，则球内气体和在地面刚放飞时相比（　　） A．分子数密度不变 B．分子平均动能不变 C．压强增大 D．压强和体积的乘积减小 例3.对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是（　　） A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变 B．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加 C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变 D．若气体的体积减小，温度升高，则气体的压强一定增大 例4.如图，海底科学考察员背上的可通过调节器调整体积大小的氧气瓶中气体压强，体积；在水面下深度处进行考察。如果科考员要吸入氧气，需要用调节器将瓶中氧气的压强降低到与该处海水的压强相等。已知水面的大气压强，海水密度取，重力加速度取，调节器调节过程气体的温度保持不变，忽略瓶中氧气质量的改变。求： (1)该深处的压强为多少； (2)求氧气瓶中气体经过调节器调节后的体积（用做单位）； (3)若已知70米深处的海水温度为17℃，现科考员为了获取更多数据，潜到了190米深处，此处水温为12℃，此时科考员要吸入氧气，需要用调节器将瓶中氧气体积调到多大？（用做单位，此结果保留2位有效数字）。 例5.工业测量中，常用充气的方法较精确地测量特殊容器的容积和检测密封性能。为测量某空香水瓶的容积，将该瓶与一个带活塞的气缸相连，初始气缸和香水瓶内气体压强均为，气缸内封闭气体体积为，推动活塞将气缸内所有气体缓慢推入瓶中，测得此时瓶中气体压强为，气缸与香水瓶的导热性良好，环境温度保持不变。 (1)求香水瓶容积； (2)若密封性能合格的标准为：在测定时间内，漏气质量小于原密封质量的3%视为合格。现将该空香水瓶密封并静置较长一段时间，发现瓶内气体温度从升高到，其压强由变为，请通过计算判断该瓶的密封性能是否合格。 例6.用热力学方法可测量重力加速度。如图所示，粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内用液柱封闭了一段长度为的空气柱。液柱长为h，密度为。缓慢旋转细管至水平，封闭空气柱长度为，大气压强为。 (1)若整个过程中温度不变，求重力加速度g的大小； (2)考虑到实验测量中存在各类误差，需要在不同实验参数下进行多次测量，如不同的液柱长度、空气柱长度、温度等。某次实验测量数据如下，液柱长，细管开口向上竖直放置时空气柱温度。水平放置时调控空气柱温度，当空气柱温度时，空气柱长度与竖直放置时相同。已知。根据该组实验数据，求重力加速度g的值。 一、单选题 1．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，则气体的温度（　　） A．升高 B．降低 C．不变 D．无法判断 2．如图所示，2025年九三阅兵式上，由全降解天然材料制作的8万只气球腾空而起。最初的阶段，气球快速上升，外界大气压强迅速减小，气球体积膨胀，内部温度降低，则此过程中气球内部（　　） A．气体压强增大 B．气体分子的数密度增大 C．所有气体分子的速率都减小 D．气体分子的平均动能减小 3．如图是某同学用手持式打气筒对一只篮球打气的情景。打气前篮球内气压等于1.1atm，每次打入的气体的压强为1.0atm、体积为篮球容积的0.05倍，假设整个过程中篮球没有变形，不计气体的温度变化，球内气体可视为理想气体（　　） A．打气后，球内每个气体分子对球内壁的作用力增大 B．打气后，球内气体分子对球内壁单位面积的平均作用力减小 C．打气6次后，球内气体的压强为1.4atm D．打气6次后，球内气体的压强为1.7atm 4．理想气体是一种无限稀薄的分子气体，满足气体的三大定律要求，理想气体分子大小和相互作用力可忽略不计，也不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。下列关于理想气体的说法正确的是（　　） A．所有气体都是理想气体 B．温度越高，气体分子平均动能越小 C．气体等温变化中，体积减小，分子数密度增大，压强增大 D．一定质量的某种气体，当其温度升高时，体积一定增大 5．下列说法正确的是（　　） A．气体对器壁的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间内作用在器壁上的平均作用力 C．气体分子热运动的平均速率减小，气体的压强一定减小 D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大 6．“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，在罐中气体逐渐冷却的过程中，罐中气体质量和体积均可视为不变，若罐中气体可视为理想气体。气体冷却后下列说法正确的是（    ） A．每个分子的运动动能均减少 B．分子的数密度变小 C．罐内的压强等于大气压强 D．单位时间内气体分子碰撞器壁的次数减少 二、多选题 7．下面关于气体压强的说法正确的是（　　） A．气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的 B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力 C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关 D．从宏观角度看，气体压强的大小只跟气体的温度有关 8．对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　） A．气体的体积是所有气体分子的体积之和 B．气体温度越高，气体分子的热运动就越剧烈 C．气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的 D．当气体膨胀时，气体压强一定减小 9．如图所示，光滑绝热气缸静置于地面上，总高为4L，气缸上端开口，顶部有卡扣。内部有两个厚度不计、质量均为m、横截面积为S的活塞M、N，活塞M导热，活塞N绝热，初始时活塞M距离气缸顶部的距离为L，活塞N在气缸正中央，两活塞中间封闭了一定质量的理想气体A，活塞N与气缸底部封闭了一定质量的理想气体B，两气体的初始温度均为。气缸底部有一电热丝，可对B气体进行加热，现接通电源，对B气体缓慢加热，使其温度缓慢升高，已知重力加速度为g，外界大气压恒为，且满足，下列说法正确的是（　　） A．当B中气体的温度达到时，活塞M恰好到达缸顶 B．当B中气体的温度达到时，活塞M恰好到达缸顶 C．当活塞N距离缸顶时，B气体的压强为5p0 D．当活塞N距离缸顶时，B气体的压强为6p0 三、解答题 10．如图所示为某海滨游乐场的救生圈，该救生圈的最大容积为，由于气嘴被打开，救生圈气体的压强与外界大气压相同，均为。现将气嘴封闭，用气筒给救生圈充气，充气筒每次可为其充入压强为、体积为的气体，忽略充气过程气体温度变化，救生圈内气体与环境温度均为，充气110次后圈内气体压强为且刚好达到最大容积，气体均视为理想气体，，求： (1)充气前救生圈内气体的体积为多少？ (2)将该救生圈放入温度为7℃的海水中，最终圈内气体温度与海水的温度相同，忽略救生圈的体积变化，则圈内气体的压强变为多少？（结果保留2位有效数字） 11．一个足球的容积是2.5L。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为125mL、压强与大气压相同、温度与环境温度相同的气体打进足球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同，已知大气压强为，已知外界环境温度。 (1)不考虑足球容积变化和气体的温度变化，求打了20次后足球内部空气的压强是大气压的多少倍？ (2)考虑足球容积变化和气体的温度变化，打了20次后，足球的容积比原来增大了1%，温度升高至，求足球内部空气的压强是大气压的多少倍？ 12．如图所示，竖直放置的U形玻璃管盛有水银，右管顶端封闭，足够长的左管开口且左管内有一轻质活塞。左、右两侧各有一段高度为H的密封气柱。当环境温度为T时，左右两侧水银面齐平，已知U形玻璃管横截面积为S，大气压强为。现对整个U形玻璃管加热，让气体温度缓慢上升，当左、右水银面高度差为H时停止升温，右空气柱的压强变为，不计一切摩擦，两侧密封气体均可视为理想气体，求： (1)升温后的温度； (2)升温过程中轻质活塞向上移动的距离。 13．如图是一同学设计的车间温度监控器，平台上表面有一个压力传感器（大小可忽略），开口向上、导热良好的气缸通过活塞密封了一定质量的理想气体，活塞固定在竖直轻杆上，轻杆上端固定在水平面上。当温度为时，活塞下表面距气缸底部上表面的距离为，平台上表面到气缸下表面的距离为，随着温度升高，气缸下移，气缸接触平台时，活塞未脱离气缸。已知气缸的质量为，活塞的横截面积为，大气压强，重力加速度为，求： (1)当温度为时，封闭气体的压强； (2)当压力传感器的示数大于时，传感器就会报警，求传感器报警的最低环境温度。 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 粤教版（2019）选择性必修第三册导学案 2.3气体实验定律的微观解释 一、气体压强的微观解释 1. 微观本质 气体对容器的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的宏观效果，其大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。（类比：雨点密集落在伞面，对伞面施加持续压力） 2. 压强的影响因素 气体压强由分子的运动剧烈程度和分子密集程度共同决定，具体关系： (1) 温度：温度越高，气体分子的平均速率越大，气体的压强越大； (2) 体积：体积越小，气体分子的密集程度越大，气体的压强越大。 二、气体实验定律的微观解释 基于气体压强的微观影响因素，对三大实验定律进行微观层面的推导，核心前提：一定质量的气体（分子总数不变）。 1. 玻意耳定律（T不变） 温度不变时，气体分子热运动的平均速率保持不变（分子运动剧烈程度不变）。 体积减小→分子密集程度增大→单位时间撞击器壁的分子数增多→气体压强增大； 体积增大→分子密集程度减小→单位时间撞击器壁的分子数减少→气体压强减小。 2. 查理定律（V不变） 体积不变时，气体分子的密集程度保持不变（单位体积内分子数不变）。 温度升高→分子热运动的平均速率增大→分子撞击器壁的作用力增大→气体压强增大； 温度降低→分子热运动的平均速率减小→分子撞击器壁的作用力减小→气体压强减小。 3. 盖 - 吕萨克定律（p不变） 温度升高→分子的平均速率增大，分子撞击器壁的作用力增大，若要保持压强不变，需让气体体积增大，使分子的密集程度减小（单位时间撞击器壁的分子数减少），抵消分子运动剧烈程度的影响，最终保持压强不变。 实验探究：实际气体与实验定律的关系 在 1 标准大气压下，将空气、氢气等气体等温压缩至 2 标准大气压，测得pV乘积并非严格相等（如二氧化碳pV=0.99720，空气pV=0.99977）。 结论：实际气体的压缩过程不严格遵循气体实验定律，只有在一定条件下（温度不太低、压强不太大），实际气体才近似遵循。 三、理想气体 为简化气体问题的研究，引入理想化物理模型—— 理想气体，是对实际气体的抽象简化。 1. 定义 在任何温度和任何压强下都严格遵循气体实验定律的气体。 2. 核心特点 严格遵循气体实验定律及理想气体状态方程； 分子本身的大小与分子间距离相比忽略不计，分子视为质点； 分子之间除碰撞外，无其他相互作用力，因此理想气体无分子势能，只有分子动能； 内能只由气体的温度决定（温度是分子平均动能的标志），与气体的体积无关。 注意：实际中不存在真正的理想气体，常温、常压下的空气、氢气等可近似看作理想气体。 四、理想气体状态方程 1. 推导过程 已知一定质量的理想气体，从状态 1（p1​、V1​、T1​）经两步变化到状态 3（p3​、V3​、T3​）： 第一步：状态 1→状态 2，等容过程（V2​=V1​），遵循查理定律； 第二步：状态 2→状态 3，等温过程（T2​=T3​），遵循玻意耳定律； 消去中间量p2​，推导得到状态 1 和状态 3 的参量关系。 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，尽管压强p、体积V、温度T都可能改变，但是压强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： ①； ②。 (3)成立条件：一定质量的理想气体。 说明：①理想气体是一种理想化模型，是对实际气体的科学抽象。题目中无特别说明时，一般都可将实际气体当成理想气体来处理。 ②理想气体分子间，除碰撞外无其它作用力，从能量上看，一定质量的理想气体的内能只与温度有关。 考点一：气体压强的微观意义、理想气体 例1.如图所示，一定质量的理想气体经历的状态变化为a→b→c→a，其中纵坐标表示气体压强p、横坐标表示气体体积V，a→b是以p轴和V轴为渐近线的双曲线。则下列结论正确的是（　　） A．状态a→b，理想气体的内能减小 B．状态b→c，单位时间内对单位面积器壁碰撞的分子数变少 C．状态b→c，外界对理想气体做正功 D．状态c→a，理想气体的温度降低 【答案】C 【详解】A．因为a→b是以p轴和V轴为渐近线的双曲线，所以a→b是等温过程，温度不变，理想气体的内能不变，故A错误； B．状态b→c，压强不变，体积变小，所以单位时间内对单位面积器壁碰撞的分子数变多，故B错误； C．状态b→c，压强不变，体积变小，所以外界对理想气体做正功，故C正确； D．状态c→a，体积不变，压强升高，理想气体的温度升高，故D错误； 故选C。 例2.自主学习活动中，同学们对密闭容器中的氢气性质进行讨论，下列说法中正确的是（　　） A．体积增大时，氢气分子的密集程度保持不变 B．压强增大是因为氢气分子之间斥力增大 C．因为氢气分子很小，所以氢气在任何情况下均可看成理想气体 D．温度变化时，氢气分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化 【答案】D 【详解】A．密闭容器中的氢气质量不变，分子个数不变，根据 可知当体积增大时，单位体积内分子个数变少，分子的密集程度变小，故A错误； B．气体压强产生的原因是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的；压强增大并不是因为分子间斥力增大，故B错误； C．普通气体在温度不太低，压强不太大的情况下才能看作理想气体，故C错误； D．温度是气体分子平均动能的标志，大量气体分子的速率呈现“中间多，两边少”的规律，温度变化时，大量分子的平均速率会变化，即分子速率分布中各速率区间的分子数占总分子数的百分比会变化，故D正确。 故选D。 例3. 对于一定质量的气体，下列论述中正确的是（   ） A．如果体积减小，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 B．如果压强增大且温度不变，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 D．如果分子密度增大，气体分子在单位时间内对单位面积器壁的碰撞次数一定增大 【答案】B 【详解】A．气体体积减小，分子数密度增大，但温度变化未知，碰撞次数取决于分子数密度和温度，因此不一定增大，故A错误； B．压强增大且温度不变，体积减小，由可知分子数密度增大，碰撞次数增大，故B正确； C．温度升高，但体积变化未知，分子数密度可能减小（如等压过程），碰撞次数不一定增大，故C错误； D．分子密度增大，则分子数密度也增大，但温度变化未知，碰撞次数不一定增大，故D错误。 故选B。 例4.如图所示，元宵佳节，室外经常悬挂红灯笼烘托喜庆的气氛。若忽略空气分子间的作用力，大气压强不变，当灯笼里的蜡烛燃烧一段时间后，灯笼内的空气（　　） A．分子密集程度增大 B．分子的平均速率不变 C．压强不变，体积增大 D．单位时间与单位面积内与器壁碰撞的分子数减少 【答案】D 【详解】A．蜡烛燃烧后，灯笼内温度升高，部分气体分子将从灯笼内部跑到外部，所以灯笼内分子总数减少，故分子密集程度减小，故A错误； B．灯笼内温度升高，分子的平均速率增大，故B错误； C．灯笼始终与大气连通，压强不变，灯笼内气体体积也不变，故C错误； D．温度升高，气体分子的平均速率增大，单位时间内、单位面积上分子对器壁碰撞的平均作用力增大，而气体压强不变，所以单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数减少，故D正确。 故选D。 例5.对一定质量的气体，若用N表示单位时间内与单位面积器壁碰撞的分子数，则（　　） A．当体积减小时，N必定增加 B．当温度升高时，N必定增加 C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化 D．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变 【答案】C 【详解】AB. 单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数取决于单位体积内的分子数与分子的平均动能。当体积减小时，单位体积内的分子数增大，但分子的平均动能不一定增大，故N不一定增加；当温度升高时，分子的平均动能增大，但单位体积内的分子数不一定增大，故N不一定增加，故AB错误； CD．压强取决于单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数及分子的平均动能，压强不变，温度和体积变化，分子平均动能变化，则单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数必定变化，故C正确，D错误。 故选 C。 例6.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，分子平均动能增大，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 【答案】ABC 【详解】AB．理想气体是在研究气体的性质过程中建立的一种理想化模型，现实中并不存在，其具备的特性均是人为规定的，故AB正确； C．对于理想气体，分子间不存在相互作用力，也就没有分子势能的变化，其内能的变化即为分子动能的变化，宏观上表现为温度的变化，一定质量的理想气体，分子平均动能增大，其温度一定升高，故C正确； D．实际中不易液化的气体，包括液化温度最低的氦气，只有在温度不太低、压强不太大的条件下才可当作理想气体，在压强很大和温度很低的情形下，分子的大小和分子间的相互作用力就不能忽略，故D错误。 故选ABC。 考点二：理想气体的状态方程的理解及初步应用 例1.如图所示，1、2、3三个点代表某容器中一定量理想气体的三个不同状态，对应的温度分别是、、，用、、分别表示这三个状态下气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数，则下列说法正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】C．根据理想气体状态方程可得 可得 C错误； ABD．由于状态1的体积等于状态2的体积，可知状态1、2单位体积的分子数相同，状态1的温度大于状态2的温度，可知状态1的分子平均速率大于状态2的分子平均速率，状态1气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数大于状态2的，即 状态2的压强等于状态3的压强，状态2的温度小于状态3的温度，可知状态2的分子平均速率小于状态3的分子平均速率，状态2的单个分子与容器壁的平均作用力小于状态3的，为了保证压强相等，根据气体压强微观意义可知，状态2气体分子在单位时间内撞击容器壁上单位面积的平均次数大于状态3的，即 故有 B正确，AD错误。 故选B。 例2.探空气球主要用于把无线电探空仪携带到高空，以便进行温度、压力、湿度和风速等气象要素的探测。若气球内的气体近似看成质量不变的理想气体，探空气球在高空漂浮时，温度比在地面时降低，体积比在地面时变大，则球内气体和在地面刚放飞时相比（　　） A．分子数密度不变 B．分子平均动能不变 C．压强增大 D．压强和体积的乘积减小 【答案】D 【详解】A．气体分子数目一定，体积增大，则分子数密度变小，故A错误； B．温度降低，分子平均动能减小，故B错误； CD．根据，温度降低，则压强和体积的乘积变小，又因体积增大，所以气体压强变小，故C错误，D正确。 故选D。 例3.对于一定质量的理想气体，下列论述中正确的是（　　） A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，压强可能不变 B．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数一定增加 C．若气体的压强不变而温度降低时，则单位体积内分子个数可能不变 D．若气体的体积减小，温度升高，则气体的压强一定增大 【答案】BD 【详解】A．若单位体积内分子个数不变，当分子热运动加剧时，单位面积上的碰撞次数和碰撞的平均力都变大，因此这时气体压强一定变大，A错误； BC．若气体的压强不变而温度降低时，根据理想气体状态方程 可知气体的体积减小，则单位体积内分子个数一定增加，B正确，C错误； D．影响气体压强的微观原因是单位时间内撞击器壁的次数和撞击作用力。若气体体积减小，则气体的分子密度增大，从而会增大单位时间内撞击单位面积的分子数；温度升高，也会增加单位时间内分子对器壁的撞击次数，同时也增大了平均撞击力，因此一定压强增大，D正确。 故选BD。 例4.如图，海底科学考察员背上的可通过调节器调整体积大小的氧气瓶中气体压强，体积；在水面下深度处进行考察。如果科考员要吸入氧气，需要用调节器将瓶中氧气的压强降低到与该处海水的压强相等。已知水面的大气压强，海水密度取，重力加速度取，调节器调节过程气体的温度保持不变，忽略瓶中氧气质量的改变。求： (1)该深处的压强为多少； (2)求氧气瓶中气体经过调节器调节后的体积（用做单位）； (3)若已知70米深处的海水温度为17℃，现科考员为了获取更多数据，潜到了190米深处，此处水温为12℃，此时科考员要吸入氧气，需要用调节器将瓶中氧气体积调到多大？（用做单位，此结果保留2位有效数字）。 【答案】(1) (2) (3) 【详解】（1）该处的压强 代入数据解得 （2）由题知，调节器调节过程气体的温度保持不变，根据等温变化有 代入数据解得 （3）190米深处压强 根据理想气体状态方程有 其中， 代入数据解得 例5.工业测量中，常用充气的方法较精确地测量特殊容器的容积和检测密封性能。为测量某空香水瓶的容积，将该瓶与一个带活塞的气缸相连，初始气缸和香水瓶内气体压强均为，气缸内封闭气体体积为，推动活塞将气缸内所有气体缓慢推入瓶中，测得此时瓶中气体压强为，气缸与香水瓶的导热性良好，环境温度保持不变。 (1)求香水瓶容积； (2)若密封性能合格的标准为：在测定时间内，漏气质量小于原密封质量的3%视为合格。现将该空香水瓶密封并静置较长一段时间，发现瓶内气体温度从升高到，其压强由变为，请通过计算判断该瓶的密封性能是否合格。 【答案】(1) (2)漏气质量大于原密封质量的3%，所以密封性能不合格 【详解】（1）根据玻意耳定律 解得 （2）在温度变化过程中，香水瓶中的所有气体在末态下的体积为 根据理想气体状态方程 漏气质量占原密封质量的百分比 解得 ，密封性能不合格 例6.用热力学方法可测量重力加速度。如图所示，粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内用液柱封闭了一段长度为的空气柱。液柱长为h，密度为。缓慢旋转细管至水平，封闭空气柱长度为，大气压强为。 (1)若整个过程中温度不变，求重力加速度g的大小； (2)考虑到实验测量中存在各类误差，需要在不同实验参数下进行多次测量，如不同的液柱长度、空气柱长度、温度等。某次实验测量数据如下，液柱长，细管开口向上竖直放置时空气柱温度。水平放置时调控空气柱温度，当空气柱温度时，空气柱长度与竖直放置时相同。已知。根据该组实验数据，求重力加速度g的值。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）竖直放置时里面气体的压强为 水平放置时里面气体的压强 由等温过程可得 解得 （2）由定容过程 代入数据可得 一、单选题 1．如图所示，一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，则气体的温度（　　） A．升高 B．降低 C．不变 D．无法判断 【答案】A 【详解】一定质量的理想气体从状态A变化到状态B，质量不变，从图像可以看出，气体状态变化过程中，其pV乘积逐渐变大，根据可得其温度逐渐升高。 故选A。 2．如图所示，2025年九三阅兵式上，由全降解天然材料制作的8万只气球腾空而起。最初的阶段，气球快速上升，外界大气压强迅速减小，气球体积膨胀，内部温度降低，则此过程中气球内部（　　） A．气体压强增大 B．气体分子的数密度增大 C．所有气体分子的速率都减小 D．气体分子的平均动能减小 【答案】D 【详解】A．气球体积膨胀，内部温度降低，根据可知气球内的气体压强减小，故A错误； B．气球体积膨胀，则分子数密度减小，故B错误； CD．气球内部温度降低，则气体分子的平均动能减小，但并非所有气体分子的速率都减小，故C错误，D正确。 故选D。 3．如图是某同学用手持式打气筒对一只篮球打气的情景。打气前篮球内气压等于1.1atm，每次打入的气体的压强为1.0atm、体积为篮球容积的0.05倍，假设整个过程中篮球没有变形，不计气体的温度变化，球内气体可视为理想气体（　　） A．打气后，球内每个气体分子对球内壁的作用力增大 B．打气后，球内气体分子对球内壁单位面积的平均作用力减小 C．打气6次后，球内气体的压强为1.4atm D．打气6次后，球内气体的压强为1.7atm 【答案】C 【详解】A．打气后，由于气体的温度不变，分子平均动能不变，球内气体分子对球壁的平均作用力不变，但是球内每个气体分子对球内壁的作用力不一定增大，故A错误； B．打气后，球内气体的压强变大，即球内气体分子对球内壁单位面积的平均作用力增大，故B错误； CD．打气6次后，由玻意耳定律知 解得，即球内气体的压强为1.4atm，故C正确，D错误。 故选C。 4．理想气体是一种无限稀薄的分子气体，满足气体的三大定律要求，理想气体分子大小和相互作用力可忽略不计，也不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。下列关于理想气体的说法正确的是（　　） A．所有气体都是理想气体 B．温度越高，气体分子平均动能越小 C．气体等温变化中，体积减小，分子数密度增大，压强增大 D．一定质量的某种气体，当其温度升高时，体积一定增大 【答案】C 【详解】A．实际气体只有在温度不太低，压强不太大的情况下才能被看成理想气体，故A错误； B．温度越高，气体分子平均动能越大，故B错误； C．一定质量的理想气体，分子个数不变，体积减小，则分子数密度增大，压强增大，故C正确； D．一定质量的某种气体，当其温度升高时，可能压强增大，也可能体积增大，故D错误。 故选C。 5．下列说法正确的是（　　） A．气体对器壁的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力 B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间内作用在器壁上的平均作用力 C．气体分子热运动的平均速率减小，气体的压强一定减小 D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大 【答案】A 【知识点】气体压强的微观意义 【详解】AB．气体压强的定义是大量气体分子对器壁单位面积的平均作用力，故A正确，B错误； C．气体压强取决于分子平均动能（与速率平方相关）和单位体积分子数，平均速率减小但若分子数密度增大或体积变化，压强可能不变或增大，故C错误； D．单位体积分子数增加，若温度降低则分子平均动能减小，可知压强可能不变或减小，故D错误。 故选A。 6．“拔火罐”是我国传统医学的一种治疗手段。操作时，医生用点燃的酒精棉球加热一个小罐内的空气，随后迅速把小罐倒扣在需要治疗的部位，在罐中气体逐渐冷却的过程中，罐中气体质量和体积均可视为不变，若罐中气体可视为理想气体。气体冷却后下列说法正确的是（    ） A．每个分子的运动动能均减少 B．分子的数密度变小 C．罐内的压强等于大气压强 D．单位时间内气体分子碰撞器壁的次数减少 【答案】D 【详解】A．温度是分子平均动能的标志，气体冷却时温度降低，分子的平均动能减小，但不是每个分子的动能都减少，个别分子的动能可能增大。故A错误； B．分子的数密度（单位体积分子数）由气体的质量和体积决定，由于气体冷却过程中，气体的质量和体积均不变，所以分子的数密度不变，故B错误； C．罐内气体温度降低，体积不变，则根据查理定律可知，气体冷却后压强会减小，小于大气压强，故C错误； D．气体温度降低，分子的平均动能减小，平均速率也减小，又因为分子的数密度不变，所以单位时间内气体分子碰撞器壁的次数减少，故D正确。 故选D。 二、多选题 7．下面关于气体压强的说法正确的是（　　） A．气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的 B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力 C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关 D．从宏观角度看，气体压强的大小只跟气体的温度有关 【答案】ABC 【详解】A．压强产生的根本原因为气体分子与容器壁发生碰撞，A正确； B．气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力，B正确； C．从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关，C正确； D．从宏观的角度看，一定质量的气体压强与温度和体积有关，D错误。 故选ABC。 8．对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（　　） A．气体的体积是所有气体分子的体积之和 B．气体温度越高，气体分子的热运动就越剧烈 C．气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的 D．当气体膨胀时，气体压强一定减小 【答案】BC 【详解】A．气体的体积是所有气体分子运动占据的空间的体积之和，A错误； B．气体温度越高，气体分子的热运动就越剧烈，B正确； C．气体对容器的压强是由大量气体分子对容器不断碰撞而产生的，C正确； D．在等温状态下，当气体膨胀时，气体压强一定减小，D错误。 故选BC。 9．如图所示，光滑绝热气缸静置于地面上，总高为4L，气缸上端开口，顶部有卡扣。内部有两个厚度不计、质量均为m、横截面积为S的活塞M、N，活塞M导热，活塞N绝热，初始时活塞M距离气缸顶部的距离为L，活塞N在气缸正中央，两活塞中间封闭了一定质量的理想气体A，活塞N与气缸底部封闭了一定质量的理想气体B，两气体的初始温度均为。气缸底部有一电热丝，可对B气体进行加热，现接通电源，对B气体缓慢加热，使其温度缓慢升高，已知重力加速度为g，外界大气压恒为，且满足，下列说法正确的是（　　） A．当B中气体的温度达到时，活塞M恰好到达缸顶 B．当B中气体的温度达到时，活塞M恰好到达缸顶 C．当活塞N距离缸顶时，B气体的压强为5p0 D．当活塞N距离缸顶时，B气体的压强为6p0 【答案】BC 【详解】AB．活塞M恰好到达缸顶前的过程，B气体做等压变化，A气体体积不变，根据盖-吕萨克定律有 其中， 解得，故A错误，B正确； CD．活塞M恰好到达缸顶后，A气体做等温变化，根据玻意耳定律有 其中，， 解得 当活塞N距离缸顶时，B气体的压强为，故C正确，D错误。 故选BC。 三、解答题 10．如图所示为某海滨游乐场的救生圈，该救生圈的最大容积为，由于气嘴被打开，救生圈气体的压强与外界大气压相同，均为。现将气嘴封闭，用气筒给救生圈充气，充气筒每次可为其充入压强为、体积为的气体，忽略充气过程气体温度变化，救生圈内气体与环境温度均为，充气110次后圈内气体压强为且刚好达到最大容积，气体均视为理想气体，，求： (1)充气前救生圈内气体的体积为多少？ (2)将该救生圈放入温度为7℃的海水中，最终圈内气体温度与海水的温度相同，忽略救生圈的体积变化，则圈内气体的压强变为多少？（结果保留2位有效数字） 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设充气前圈内气体的体积为，气体发生等温变化 根据玻意耳定律 解得 （2）救生圈放入海水中后，气体发生的是等容变化 根据查理定律 解得 11．一个足球的容积是2.5L。用打气筒给这个足球打气，每打一次都把体积为125mL、压强与大气压相同、温度与环境温度相同的气体打进足球内。如果在打气前足球就已经是球形并且里面的压强与大气压相同，已知大气压强为，已知外界环境温度。 (1)不考虑足球容积变化和气体的温度变化，求打了20次后足球内部空气的压强是大气压的多少倍？ (2)考虑足球容积变化和气体的温度变化，打了20次后，足球的容积比原来增大了1%，温度升高至，求足球内部空气的压强是大气压的多少倍？ 【答案】(1)2倍 (2)2倍 【详解】（1）设大气压强为，根据玻意耳定律有 代入数据得 解得 则打了20次后足球内部空气的压强是大气压的2倍。 （2）设大气压强为，根据理想气体状态方程有 代入数据得 解得 则足球内部空气的压强是大气压的2倍。 12．如图所示，竖直放置的U形玻璃管盛有水银，右管顶端封闭，足够长的左管开口且左管内有一轻质活塞。左、右两侧各有一段高度为H的密封气柱。当环境温度为T时，左右两侧水银面齐平，已知U形玻璃管横截面积为S，大气压强为。现对整个U形玻璃管加热，让气体温度缓慢上升，当左、右水银面高度差为H时停止升温，右空气柱的压强变为，不计一切摩擦，两侧密封气体均可视为理想气体，求： (1)升温后的温度； (2)升温过程中轻质活塞向上移动的距离。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）设当两管液面高度差为H时，右管液柱下降h，左管液柱上升h，则 设升温后的温度为，对右管封闭气体，根据理想气体状态方程 解得 （2）升温过程中，左管封闭气体压强不变，设末状态时左管中封闭气柱高度为，根据盖-吕萨克定律有 解得 活塞向上移动的距离 解得 13．如图是一同学设计的车间温度监控器，平台上表面有一个压力传感器（大小可忽略），开口向上、导热良好的气缸通过活塞密封了一定质量的理想气体，活塞固定在竖直轻杆上，轻杆上端固定在水平面上。当温度为时，活塞下表面距气缸底部上表面的距离为，平台上表面到气缸下表面的距离为，随着温度升高，气缸下移，气缸接触平台时，活塞未脱离气缸。已知气缸的质量为，活塞的横截面积为，大气压强，重力加速度为，求： (1)当温度为时，封闭气体的压强； (2)当压力传感器的示数大于时，传感器就会报警，求传感器报警的最低环境温度。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）温度为时，对气缸受力分析，根据平衡条件可得 解得封闭气体的压强为 （2）设活塞刚好报警时，末状态封闭气体的压强为，此时封闭气体的体积为；对气缸受力分析，可得 解得 由理想气体状态方程可得 解得 14 学科网（北京）股份有限公司 $