2.3.2 理想气体的状态方程 气体实验定律的微观解释 课件-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第三册

该高中物理课件聚焦理想气体模型、状态方程及气体实验定律的微观解释，通过复习玻意耳定律等实验定律，结合适用范围问题导入，引导学生从已知实验定律推导理想气体状态方程，构建知识递进的学习支架。 其亮点在于以科学思维中的模型建构和科学推理为核心，通过理想气体理想化模型的抽象、状态方程推导过程培养学生逻辑思维，结合玻璃管、汽缸等实例题强化应用。课堂小结系统梳理知识，助力学生形成物理观念，教师可借助结构化内容提升教学效率。

第2课时 理想气体的状态方程 气体实验定律的微观解释 第二章 气体、固体和液体 Impulse-Momentum 能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。 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。 03 02 重点 重难点 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。 01 气体实验定律 玻意耳定律 查理定律 盖-吕萨克定律 压强不太大(相对大气压) 温度不太低(相对室温) 这些定律的适用范围是什么? p1V1=p2V2 公司logo 公司logo 复习回顾 前面学习的等温、等压和等容三个气体实验定律都是在压强不太大（相对于大气压）、温度不太低（相对于室温）的条件下总结出来的。 当压强很大、温度很低时，由气体实验定律计算的结果与实际测量结果有很大的差别。 压强不太大 温度不太低 为了研究方便，可以设想一种气体，它在任何温度、任何压强下都能严格地遵从气体实验定律——理想气体 理想气体 01 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。 理想气体 公司logo 公司logo 核心知识 3.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(除相互碰撞外)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。 公司logo 公司logo 核心知识 公司logo 公司logo 核心知识 一定质量的理想气体的内能与什么因素有关？ 答案　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温度有关。 公司logo 公司logo 思考与讨论 理想气体状态方程 02 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。 如果某种气体的三个状态参量（p、V、T）都发生了变化，它们之间又遵从什么规律呢？ O p V A B C TA=TB 公司logo 公司logo 观察与思考 推导过程： 从A→B为等温变化过程， 根据玻意耳定律可得pAVA=pBVB ① 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=TB ③ VB=VC ④ 联立①②③④式可得=。 O p V A B C TA=TB 公司logo 公司logo 观察与思考 理想气体状态方程 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)的过程中，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 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。 公司logo 公司logo 核心知识 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 = ⇒ 公司logo 公司logo 核心知识 理想气体状态方程 公司logo 公司logo 核心知识 1.(2024·广安市高二期末)如图所示，竖直放置的“L”形细玻璃管截面均匀且很小，竖直管足够长且上端开口，水平管长d=20 cm，并在其中用长l0=5 cm的水银柱封闭一段理想气体，最初气体温度T1=300 K时，气体的长度l1=10 cm。取大气压强p0=76 cmHg，求：  (1)缓慢升高理想气体的温度，使它的长度变为l2=12 cm， 此时气体的温度T2； (2)继续升高温度，当有h=4 cm的水银柱上升到竖直管，此时气体的温度T3。 答案　 (1) 360 K　 (2) 600 K 例题 (1)初始时，封闭气体的压强为p0=76 cmHg，长度为l1=10 cm，当气柱的长度变为l2=12 cm，水银柱仍全部在水平管， 则根据盖-吕萨克定律可得=，代入数据解得T2=360 K (2)当有h=4 cm的水银柱上升到竖直管，仍有1 cm水银柱在水平管， 此时封闭气体的压强为p3=p0+ρgh=80 cmHg 长度为l3=20 cm-1 cm=19 cm 由理想气体状态方程= ，解得T3=600 K 针对训练 (2024·抚州市高二期末)如图所示为粗细均匀、左端封闭右端开口的U形玻璃管。当t1=31 ℃，大气压强为p0=76 cmHg时，两管水银面相平，这时左管被封闭的理想气体气柱长l1=8 cm。当温度 升高到t2时，被封闭气柱长l2=9 cm，求：  (1)当温度升高到t2时封闭的理想气体的压强p2； (2)t2等于多少摄氏度。 答案　 (1) 78 cmHg　 (2)78 ℃ (1)当温度升高到t2时两边液面高度差为2 cm，可确定气体的压强为p2=p0+2 cmHg=78 cmHg (2)设玻璃管的横截面积为S，对被封闭的气体有p1=p0=76 cmHg V1=l1S，T1=(31+273) K=304 K p2=78 cmHg，V2=l2S 由理想气体状态方程有= 解得T2=351 K 故t2=(T2-273)℃=78 ℃。 4.必要时讨论结果的合理性。 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； 公司logo 公司logo 总结提升 2.如图所示，柱形汽缸固定在水平地面上，汽缸内用轻质活塞封闭一定质量的理想气体，活塞能沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气。劲度系数为k=10 N/cm的水平轻弹簧一端与活塞相连，另一端固定在汽缸底部。活塞静止时到汽缸底部的距离为100 cm，气体温度为27 ℃，此时弹簧的压缩量为x1=20 cm。已知活塞的横截面积为S=100 cm2，大气压强为p0=1×105 Pa，弹簧体积不计。  (1)求缸内气体的压强； (2)若缓慢对缸内气体加热直到弹簧的伸长量为 x2=20 cm，求此时气体的温度。 答案　 (1) 8×104 Pa　 (2) 357 ℃ 例题 (1)活塞的横截面积为S=100 cm2=0.01 m2，此时弹簧的弹力为F=kx1=200 N 设缸内气体的压强为p1，对活塞受力分析由平衡条件得p0S-F=p1S 解得p1=8×104 Pa (2)初状态，汽缸内的体积为V1=Sl ，气体温度为T1=(273+27) K=300 K 若缓慢对缸内气体加热直到弹簧的伸长量为x2=20 cm， 则有汽缸内的体积为V2=S(l+x1+x2) 此时汽缸内的压强满足p2S=p0S+kx2 ，解得p2=1.2×105 Pa 根据理想气体状态方程有= ，联立解得T2=630 K 气体的温度t=(630-273) ℃=357 ℃。 气体实验定律的微观解释 03 从微观角度来说，气体压强由什么因素决定？ 答案　气体压强由单位面积上的分子热运动的撞击力决定，即取决于分子的平均动能和分子的数密度。 公司logo 公司logo 思考与讨论 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。 1.玻意耳定律的微观解释 公司logo 公司logo 核心知识 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，才可能保持压强不变。 2.盖—吕萨克定律的微观解释 公司logo 公司logo 核心知识 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。 3.查理定律的微观解释 公司logo 公司logo 核心知识 3.(多选)(2025·眉山市模拟)夏日炎炎的正午，室外温度较室内高。与停在地下停车场相比较，同一汽车停在室外停车场时，汽车上同一轮胎内的气体 A.分子的平均动能更大 B.所有分子热运动的速率都更大 C.单位体积内的分子数更多 D.单位时间内与轮胎内壁单位面积撞击的分子数更多 √ √ 例题 因室外温度比室内高，所以室外停车场汽车轮胎内的气体温度高，而温度是气体分子平均动能的标志，因此分子平均动能更大，故A正确； 温度升高，平均动能变大，但并不是所有分子热运动的速率都更大，故B错误； 因轮胎体积不变，所以单位体积内的分子数不变，故C错误； 在体积不变的情况下，温度越高，气体分子的平均动能越大，气体的压强越大，单位时间内与轮胎内壁单位面积撞击的分子数越多，故D正确。 理想气体实验方程 气体实验定律的微观解释 理想气体 气体实验定律的微观解释 理想气体状态方程 在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体 = C或 = 玻意耳定律的微观解释 查理定律的微观解释 盖—吕萨克定律的微观解释 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $