第1章 第5节 第3课时 气体实验定律的微观解释和理想气体状态方程（课件PPT）-【学霸笔记·同步精讲】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册（鲁科版）

该高中物理课件聚焦气体实验定律的微观解释和理想气体状态方程，通过热气球升空、打气筒充气等生活实例导入，从分子动能与数密度的微观视角出发，构建理想气体模型，推导状态方程，形成从微观机制到宏观规律的学习支架。 其亮点在于融合物理观念与科学思维，通过U形管液面变化、火情报警装置等问题探究，引导学生运用模型建构和科学推理分析气体状态参量关系。随堂巩固通过判断题和计算题强化理解，助力学生深化对气体规律的认识，教师可借此系统开展概念教学与能力训练，提升教学效率。

第3课时　气体实验定律的微观解释和理想气体状态方程 1 课前知识梳理 1 课堂深度探究 2 内 容 索 引 随堂巩固落实 3 课前知识梳理 PART 01 第一部分 3 一、气体实验定律的微观解释 1．玻意耳定律的微观解释 从微观角度看，一定质量的气体分子总数不变。温度保持不变时，分子平均动能____________。当气体体积减小时，单位体积内的分子数______，气体的压强也就______；当气体体积增大时，单位体积内的分子数______，气体的压强也就减小。 保持不变 增多 增大 减少 返回导航 2．查理定律的微观解释 从微观角度看，一定质量的气体，在体积保持不变时，单位体积的分子数____________。当温度升高时，分子平均动能______，气体的压强也就______；当温度降低时，分子平均动能______，气体的压强也就______。 3．盖—吕萨克定律的微观解释 从微观角度看，对于一定质量的气体，当温度升高时，分子平均动能______，为了保持压强不变，单位体积的分子数相应______，气体的体积必然相应______。 反之，当气体的温度降低时，气体的体积必然______。 保持不变 增大 增大 减小 减小 增大 减少 增大 减小 返回导航 二、理想气体 1．上述三个气体实验定律都是在压强不太大、温度不太低的情况下总结出来的。压强很大或温度很低时，气体已近液化，甚至变成固体，气体的实验定律就不再适用了。物理学中把严格遵循以上三个实验定律的气体称为____________。 2．理想气体与实际气体：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，可以把实际气体当成理想气体来处理。 理想气体 返回导航 3．从微观角度看，理想气体的分子大小与分子间的距离相比可忽略不计；除了碰撞外，分子间的相互作用可忽略不计。因此，理想气体的分子势能可忽略不计，其内能只是所有分子热运动动能的总和。所以，一定质量理想气体的内能只与_______________有关，而与气体的______无关。 气体的温度 体积 返回导航 三、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个状态时，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：_____________。式中C是与压强p、体积V、温度T无关的常量，它与气体的种类和______有关。 3．成立条件：一定______的理想气体。 质量 质量 返回导航 √ √ ×　 ×　 ×　 √ 返回导航 课堂深度探究 PART 02 第二部分 10 知识点一　对理想气体的理解 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不计，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。也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。 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。 返回导航 √ 　 　(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]　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。 返回导航 知识点二　理想气体状态方程的应用 在电视上同学们或许看到过有人乘坐热气球在蓝天翱翔的画面，其中的燃烧器时而喷出熊熊烈焰，巨大的气球缓慢上升。如果有朝一日你乘坐热气球在蓝天旅行探险，那将是一件有趣而又刺激的事情。热气球为什么能升空？请探究其中的原理。 返回导航 返回导航 返回导航 2．解题步骤 (1)选对象：根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持一定。 (2)找参量：找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前、后的一组p、V、T数值或表达式。压强的确定是关键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。 返回导航 (3)认过程：过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定，认清变化过程是正确选用物理规律的前提。 (4)列方程：根据研究对象状态变化的具体方式，选用理想气体状态方程或某一实验定律，代入具体数值，T必须用热力学温度，p、V的单位需统一，但没有必要统一到国际单位，两边一致即可，最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。 返回导航 　 　如图所示，均匀薄壁U形玻璃管，左管上端封闭，右管上端开口且足够长，管内装有一定量的某种液体。右管内有一轻活塞，与管壁间无摩擦且不漏气。活塞与管内液体在左、右管内密封了两段空气柱(可视为理想气体)。当温度为T0时，左、右管内液面等高，两管内空气柱长度均为L。已知大气压强为p0，玻璃管横截面积为S，不计轻活塞重力。现将左、右两管理想气体缓慢升高相同的温度，使两管液面高度差为L，左管压强变为原来的1.2倍。 返回导航 (1)理想气体温度升高到多少时两管液面高度差为L? [答案]　1.8T0　 返回导航 (2)温度升高过程中， 右管内的轻活塞上升的距离为多少？ [答案]　1.3L 返回导航 　 　小明自制了一个自动火情报警装置，其原理如图所示。一导热性能良好的气缸固定在水平面上，气缸开口向上，用质量m＝1 kg、横截面积为5 cm2的活塞封闭一定质量的理想气体，活塞可沿气缸壁无摩擦地滑动。当外界的温度为27 ℃时，活塞下表面距气缸底部的距离h1 ＝ 18 cm，活塞上表面距固定的力传感器的距离h ＝ 2 cm。当出现火情且环境温度上升至127 ℃时，触发报警器工作。已知外界大气的压强p0＝1 × 105 Pa且始终保持不变，重力加速度g取10 m/s2。求： 返回导航 (1)活塞刚接触力传感器时气体的温度；(结果保留整数) [答案]　333 K或60 ℃　 返回导航 (2)环境温度为127 ℃时力传感器的示数。 [答案]　12 N 返回导航 返回导航 (1)活塞下降稳定后，求封闭气体的温度T1。 返回导航 返回导航 (2)通过电热丝对封闭气体缓慢加热，当活塞再次上升到气缸顶端时(未离开气缸)，求封闭气体的温度T2。 返回导航 知识点三　气体实验定律的微观解释 (1)气体实验定律中温度、体积、压强在微观上分别与什么相关？ [提示]　在微观上，气体的温度决定气体分子的平均动能，体积决定分子的数密度，而分子的平均动能和分子数密度决定气体的压强。 返回导航 (2)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”。怎样从微观角度来解释这种现象？(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化) [提示] 轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的数密度不断增大，温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化，单位时间内单位面积上碰撞次数增多，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。 返回导航 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。体积减小，分子的数密度增大，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。 返回导航 2．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，则分子数密度不变，温度升高，分子平均动能增大，分子撞击器壁的作用力变大，所以气体的压强增大，如图所示。 返回导航 3．盖—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，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。 返回导航 √ 　 　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，单位体积内气体质量变大 返回导航 [解析]　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； 气体温度不变，体积减小，单位体积内的分子数目增多，单位时间内分子对器壁碰撞的次数增多，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。 返回导航 √ 　 　(多选)对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]　根据气体压强、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，气体的密集程度减小，B正确； 压强不变，温度降低时，体积减小，气体的密集程度增大，C错误； 温度升高，压强、体积中至少有一个发生改变，D错误。 返回导航 　 　(2025·江苏卷，T8)一定质量的理想气体，体积保持不变。在甲、乙两个状态下，该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比，该气体在状态乙时(　　) A．分子的数密度较大 B．分子间平均距离较小 C．分子的平均动能较大 D．单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少 √ 返回导航 [解析]　理想气体质量不变，则分子总数不变，气体体积不变，则分子的数密度不变，平均每个分子占据的空间大小不变，即分子间平均距离保持不变，A、B错误； 由图像可知气体在状态乙相比于在状态甲“各速率区间的分子数占总分子数的百分比”中分子速率大的更多，即气体在状态乙温度更高，分子的平均动能较大，C正确； 气体温度较高，分子的平均速率较大，气体体积不变，则单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较多，D错误。 返回导航 随堂巩固落实 PART 03 第三部分 38 1．(对理想气体的理解)(多选)关于理想气体的性质，下列说法正确的是(　　) A．理想气体的内能与温度和体积有关 B．理想气体的存在是一种人为规定，即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，内能增大，其温度一定升高 D．氦气是液化温度最低的气体，任何情况下均可当成理想气体 √ √ 返回导航 解析：理想气体是在研究气体性质的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，B正确； 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，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，A错误，C正确； 实际中的不易液化的气体，包括液化温度最低的氦气，只有温度不太低、压强不太大的条件下才可当成理想气体，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，D错误。 返回导航 2.(气体实验定律的微观解释)如图所示，医护人员用注射器将药液从密封药瓶中缓缓抽出，在此过程中瓶中气体的(　　)   A．压强增大，分子数密度增大 B．压强增大，分子数密度减小 C．压强减小，分子数密度增大 D．压强减小，分子数密度减小 √ 解析：医护人员用注射器将药液从密封药瓶中缓缓抽出，在此过程中瓶中药液的体积减小，则气体的体积增加，而气体的温度可视为不变，则气体压强减小，气体分子总数一定，则气体分子数密度减小。 返回导航 返回导航 (1)求发动机被迫关机时箱内剩余燃料的体积。 解析：对箱内氦气有3.4p0×0.5V0＝2.0p0V 解得V＝0.85V0 则箱内剩余燃料体积V′＝(1－0.85)V0＝0.15V0。 答案：0.15V0　 返回导航 (2)需注入标准状态下(压强为p0，温度为0 ℃)体积多大的氦气才能使上述被迫关机的发动机正常工作？(结果保留2位有效数字) 答案：3.6V0 返回导航 $