2.3 第2课时理想气体、气体实验定律的微观解释-【创新大课堂系列】2025-2026学年高中物理选择性必修第三册同步辅导与测试(人教版)

第二章气体、固体和液体 第2课时 理想气体、气体实验定律的微观解释 (1)了解理想气体模型，知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体。 物理观念 (2)能用分子动理论和统计观点解释气体实验定律。 科学思维 体会构建物理模型的思维方式 科学态度与责任 领悟物理建模的基本思路，培养科学的价值观。 必备知识·自主梳理 预习新知夯实基础 一、理想气体 自主评价 1.理想气体：在 温度、 压强下都 遵从气体实验定律的气体。 :1.判断正误 2.理想气体与实际气体 (1)理想气体在超低温和超高压时，气体的实验 实际气体在温度不低于 、压强不超过 定律不适用了。 ( 时，可以当成理想气体来处理。 (2)对于不同的理想气体，其状态方程兴=C中 二、理想气体的状态方程 1.内容：一定 的某种理想气体，在从一个 的常量C相同。 状态(p1、V1、T1)变化到另一个状态(p2、V2、T2) (3)一定质量的理想气体，温度和体积均增大到 时，压强饣跟体积V的乘积与 之比保持 原来的2倍时，压强增大到原来的4倍。() 不变。 (4)一定质量的某种理想气体，若p不变，V增 2.表达式： 大，则T增大，是由于分子数密度减小，要使压强 3.成立条件：一定 的理想气体。 不变，需使分子的平均动能增大。 ( 三、气体实验定律的微观解释 2.情景思考 1.玻意耳定律的微观解释 中央电视台在“科技之光”栏目中曾播放过这样 一定质量的某种理想气体， 保持不变： 一个节目，把液氮倒入饮料瓶中，马上盖上盖子 时，分子的平均动能是一定的。体积减小时，分 并拧紧，人立即离开现场。一会儿饮料瓶就爆炸 子的数密度 (选填“增大”或“减小”)，单 了。你能解释一下原因吗？ 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 (选填“增大”或“减小”)。 2.盖一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 (选填“增大”或“减小”)，只有 气体的体积同时 ,使分子的数密度 ,才能保持压强 (选填“增大”“减 小”或“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，温度升高时，分子的平均： 动能 (选填“增大”或“减小”)，气体的压 强就 (选填“增大”或“减小”)。 37 物理·选择性必修第三册 关键能力·合作探究 讲练设计探究重点 要点1理想气体 C.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 探究导入气体实验定律对任何气体都适用吗？： D.所有的实际气体在任何情况下，都可以看成理 为什么要引入理想气体的概念？ 想气体 要点2理想气体的状态方程 探究导入如图所示，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 探究归纳 到C经历了一个等容过程，请推 1.理想气体严格遵守气体实验定律及理想气体状 导状态A的三个参量pA、VA、TA和状态C的三 态方程。 个参量pc、Vc、Tc之间的关系。 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。 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，即一定质量的理想气体！ 的内能只和温度有关。 探究归纳 [典例1]（多选）关于理想气体的性质，下列说法： 正确的是 ( )1.理解 A.理想气体是一种假想的物理化模型，实际并 (1)成立条件：一定质量的理想气体。 不存在 (2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系， B.理想气体的存在是一种人为的规定，即它是 与中间的变化过程无关。 一种严格遵从气体实验定律的气体 (3)公式中常量C仅由气体的种类和质量决定 C.一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定 与状态参量(p、V、T)无关 升高了 (4)方程中各量的单位：温度T必须是热力学温 D.氦是液化温度最低的气体，在任何情况下均： 度，公式两边中压强饣和体积V单位必须统一， 可当成理想气体 但不一定是国际单位制中的单位。 [听课记录] 2.理想气体状态方程与气体实验定律 T=T2时，pV1=2V2(玻意耳定律) -化=时，”气查理定律) T T 儿一兰（盖一吕萨克定律） h=pn时T 针对训练 3.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； 1.关于理想气体，下列说法正确的是 (2)确定气体在初、末状态的参量p1、V1、T1及 A.理想气体也不能严格地遵守气体实验定律 p2、V2、T2; B.实际气体在温度不太高、压强不太小的情况 (3)由理想气体状态方程列式求解； 下，可看成理想气体 (4)必要时讨论结果的合理性。 38 第二章气体、固体和液体 [典例2]如图所示，粗细均匀的、 (1)求封闭气体初始状态的压强。 一端封闭一端开口的U形玻璃 (2)若缓慢升高气体温度，升高至多少开尔文，方 管，当t1=31℃、大气压强0= 可将所有水银全部压入细管内？ 1atm(1atm=76cmHg)时，两 管水银面相平，这时左管被封闭 气柱长l1=8cm。求： (1)当温度t2等于多少时，左管气柱长l2为9cm? (2)当温度达到(1)问中温度2时，为使左管气柱 长3为8cm,则应在右管再加多高的水银柱？ [听课记录] 要点3气体实验定律的微观解释 探究导入(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？ (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) 针对训练 2.如图所示，汽缸竖直放置，汽缸 探究归纳 内活塞的质量为m=0.2kg, K 横截面积S=1cm2。开始时， 1.玻意耳定律 气体 H 汽缸内被封闭气体的压强1 (1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在温度 =2×105Pa,温度T1=480K, 保持不变时，体积减小，压强增大；体积增大，压 活塞到汽缸底部的距离H1=12cm。拔出销钉： 强减小。 K后，活塞无摩擦上滑，当它达到最大速度时，缸 (2)微观解释：温度不 内气体的温度为300K,求此时活塞距汽缸底部的： 变，分子的平均动能不 距离H2(汽缸不漏气，大气压强0=1.0×105Pa)。 变。体积越小，分子的 9 数密度越大，单位时间 0d2 内撞到单位面积器壁上 体积大 体积小 的分子数就越多，气体的压强就越大，如图所示。 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 3.如图所示为上端开口的“凸”形玻璃 变，则分子数密度不变， 管，管内有一部分水银柱密封一定量 温度升高，分子平均动 的理想气体，细管足够长，粗、细管的 S2 能增大，分子撞击器壁 横截面积分别为S1=4cm、S2 的作用力变大，所以气 低温 高温 2cm,密封的气体柱长度为L= 体的压强增大，如图所示。 20cm,水银柱长度h1=h2=5cm, :3.盖一吕萨克定律 封闭气体初始温度为67℃，大气压 (1)宏观表现：一定质量的某种理想气体，在压强不 强po=75cmHg。 变时，温度升高，体积增大；温度降低，体积减小。 39 物理·选择性必修第三册 (2)微观解释：温度升高， 针对训练 分子平均动能增大，撞击 器壁的作用力变大，而要 4.（多选)关于一定质量的理想气体，下列说法正确 使压强不变，则需影响压 的是 强的另一个因素，即使分 低温 高温 A.体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能 子的数密度减小，所以气 一定增大 体的体积增大，如图所示。 B.温度不变，压强减小时，气体分子的数密度一 [典例3]如图所示，一定质量的 P 定减小 理想气体由状态A沿平行于纵 B C.压强不变，温度降低时，气体分子的数密度一 轴的直线变化到状态B,则它的 定减小 状态变化过程是 D.温度升高，压强和体积可能都不变 A.气体的平均动能不变 5.如图所示，一定质量的理想 B.气体的内能增加 气体，从状态A经等温变化 C.气体分子的数密度减小 到状态B,再经等容变化到 D.气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞： 状态C,A,C压强相等，则下 的次数不变 列说法正确的是() [听课记录] 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过程气体压强变小的原因是分子的 密集程度减小 素养演练·提升技能 达标训练素养提高 1.对于一定质量的理想气体，其状态变化可能实现： 界大气的变化可能是 的是 ( ) A.温度降低，压强增大 A.保持压强和体积不变，只改变它的温度 B.温度升高，压强不变 B.保持压强不变，同时降低温度并增大体积 C.温度升高，压强减小 C.保持温度不变，同时增大体积和压强 D.温度不变，压强减小 D.保持体积不变，同时增大压强并升高温度 4.如图所示，粗细均匀一端封闭一端开 2(多选)两个相同的密闭容器中分别装有等质量： 口的U形玻璃管竖直放置，管内水银 的同种理想气体，已知容器中气体的压强不相： 将一定质量的理想气体封闭在U形 同，则下列判断中正确的是 ( ) 管内，当t1=31℃，大气压强p0= A.压强小的容器中气体的温度比较高 76cmHg时，两管水银面相平，这时左管被封闭 B.压强大的容器中气体单位体积内的分子数比： 的气柱长L1=8cm,则当温度t2是多少时，左管 较少 气柱长L2为9cm? C.压强小的容器中气体分子的平均动能比较小 D.压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的 平均作用力比较大 3.如图所示为伽利略设计的 玻璃泡 空气 外界 种测温装置示意图，玻璃管 的上端与导热良好的玻璃泡 玻璃管 连通，下端插入水中，玻璃泡 中封闭有一定质量的空气。 温馨提示 请做课时分层检测（七） 若玻璃管中水柱上升，则外 水 40子的数密度增大，但分子总数不变，C错：分子的平均速率与温度有！从而知2=78℃。 关，温度不变，分子的平均速率不变，D错。 (2)在78℃情况下，气柱长从9cm减小到8cm,体积减小，压强一 答案B 定增大，即压强大于78cmHg,故要往右管加水银 2.解析冷藏室气体的初状态：了1=(273十27)K=300K,p1=1.0×} 105Pa:未状态：T2=(273十7)K=280K。设此时冷藏室内气体的1 由y=V,且y1=V,T,=T T T3 压强为光过程气体你不变，根据查理定律得会号，代入数 -T, 有p2=P1三76×51cmHg=87.75cmHg7 据得p2≈0.93×105Pa。 故应在右管加水银柱的高度为 答案 B (87.75-76)cm=11.75cm。 3.解析从题图中可以看出→b过程中气体的温度保持不变，所以： 答案(1)78C(2)11.75cm 气体发生等温变化，并且力。>p6,根据玻意耳定律有pV。=p,V, 针对训练 可得V。<V6,即压强减小，体积增大，A正确：b→c过程中，压强不！2.解析被封闭气体在变化过程中其体积、温度、压强皆发生了变化。 变，温度减小，根据T 兰可得V,>V,即体积减小，B错误：ca 气体初状态T1=480K,V1=H1S,p1=2X10Pa 气体末状态T2=300K,V2=H2S,2=? 过程中气体的体积保持不变，即发生等容变化，气体的压强增大，根{ 根据题意，活塞速度最大时加速度减小为零，活塞所受合力为零，有 据、 p2 S=mg+poS 可得T>T,即温度升高，C错误，D正确。 T 可求得p2=1.2×105Pa 答案AD 由理想气体状态方程得，V_V 4解析因左、右汽缸中的气体的压强相等，若缸内气体的温度缓慢 T 升高一点时，则气体体积变大，因右侧汽缸横裁面积较大，则活塞向 解得Hg=12.5cm。 左移动一点，故选A。 答案12.5cm 答案A (1)封闭气体初始状态的压强 5.解析(1)安全阀的重力G=mg=0.8N 3解行 b=b十0g(11十h。】三85cm日g 气孔的横裁面积S=πr2=1.26×10-5m (2)封闭气体初始状态的体积为 V=LS=80 cm 安全间对气孔处气体产生的压强B-号=6.3X101Pa 温度T=(67十273)K=340K 此时气体压强p1=p十p'=1.63×105Pa。 水银刚全部压入细管时水银柱高度为15cm,此时封闭气体压强p1 =Po+15 cmHg=90 cmHg (2)由等容变化可得= 体积为V1=(L十h1)S1=100cm 由理想气体状态方程得 代入教值可得=>：=1.55×10P. PV PIVI T 答案(1)1.63×105Pa(2)1.55×105Pa T 第2课时理想气体、气体实验定律的微观解释 解得T1=450K。 必备知识·自主梳理 答案(1)85cmHg(2)450K !要点3 一、1.任何任何2.零下几十摄氏度大气压的几倍 探究导入提示：(1)在微观上，气体的温度决定气体分子的乎均动 二、1.质量 热力学温度T2.Y=C3.质量 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」 三、1.温度增大增大2.增大增大减小不变3.增大 (2)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 增大 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 自主评价 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， 1.(1)×(2)×(3)×(4)/ 轮胎会越来越“硬”。 2.提示：饮料瓶内液氮吸热后变成氮气，分子运动加剧，氮气分子的数！[典例3]解析从p-V图像中的AB图线可知，气体由状态A到状 密度增大，使瓶内气体分子频繁、持续碰撞瓶内壁，产生的压强逐渐！ 态B为等容升压变化，根据查理定律，一定质量的理想气体，当体积 增大，当瓶内外的压强差大于瓶子所承受限度时，饮料瓶发生爆炸。 不变时，压强跟热力学温度成正比，由A到B压强增大，则温度升 关键能力·合作探究 高，分子平均动能增加，故A错误：理想气体的内能只与温度有关， 要点1 气体的温度升高，内能增加，故B正确；气体体积不变，气体分子的 探究导入提示：由于气体实验定律只在压强不太大、温度不太低的： 数密度不变，温度升高，气体分子平均速率增大，则气体分子在单位 条件下理论结果与实验结果一致，为了使气体在任何温度、任何压！ 时间内与单位面积器壁碰撞的次数增加，故C、D错误。 强下都遵从气体实验定律，引入了理想气体的概念。 答案B [典例1]解析、理想气体是在研究气体的性质过程中建立的一种理！针对训练 想化模型，现实中并不存在，其具备的特性均是人为的规定，A,B选 4.解析体积不变，分子的数密度就保持不变，压强增大，说明分子的 项正确：对于理想气体，分子间不存在相互作用力，也就没有分子势 平均撞击力变大了，即分子的平均动能增大了，A正确：温度不变， 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，！ 分子平均动能不变，压强减小，说明单位时间内撞击器壁的分子数 C选项正确：实际中的不易液化的气体，包括液化温度最低的氦气， 在减小，表明气体分子的数密度减小了，B正确：温度降低，分子平 均动能减小，分子撞击器壁的作用力减小，要保持压强不变，则要增 只有在温度不太低、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不！ 大单位时间内撞击器壁的分子数，即气体分子的数密度要增大， 能忽略，D选项错误。 错误：温度升高，压强，体积中至少有一个发生改变，D错误。 答案AB 答案ABC 15.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 针对训练 1.解析 理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵守气体实验定律 B到C为等容变化，根据查理定律=℃可知，气体压强增大，温 的气体，A错误：理想气体是实际气体在温度不太低、压强不太大的 情况下的抽象，故C正确，B、D错误。 度升高，则气体分子平均动能增大，故B错误：A到C状态为等压变 答案C 要点2 化，根据盖一吕萨克定徐兰广可如，气体体积增大，温度升高，则 探究导入提示：从A→B为等温交化过程，根据玻意耳定律可得！ 气体分子平均动能增大，分子撞击器壁的平均作用力增大，故C错 PAVA=PBVB ① 误：从A到B过程气体温度相同，分子撞击器壁的平均作用力相等， 从B→C为等容变化过程，根据查理定律可得 压强变小的原因是气体体积增大，分子密集程度减小，故D正确。 答案D PB Pc Ta To ②，素养演练·提升技能 由题意可知：T4=Ta,Va=Vc 国1.解析由理想气体状态方程兴-C可知，保持压强和体积不交，测 联立①②③式可得11=S Tc 温度一定不变，故A错误；由理想气体状态方程Y=C可知，保持 [典例2]解析(1)取左管中气体为研究对象，初状态p1=1atm= 压强不变，同时降低温度，则体积一定减小，故B错误：由理想气体 76cmHg,T1=t1+273K=304K,V1=l1S=(8cm)·S(设横裁面 状态方程=C可知，保持温度不变，增大体积，压强一定减小，故 积为S),因为左管水银面下降1cm,右管水银面一定上升1cm,则 左右两管高度差为2cm,因而末状态pg=(76十2)cmHg=78cm-i C错误：由理想气体状态方程y=C可知，保持体积不变，增大压 Hg,V,=(9cm)·S。 由=，代入数据解得T,=351K, 强，则温度一定升高，故D正确。 答案D 11 T, 207 2.解析相同的容器分别装有等质量的同种气体，说明它们所含的分 得p1V1=p2V2,解得充满时的氧气在2个标准大气压下的体积为 子总数相同，即分子致密度相同，B错误；压强不同，一定是因为两 容器中气体分子平均动能不同造成的，压强小的容器中分子的平均 V2=0.8m3,则需重新充气时和充满时，瓶中氧气质量之比为四1= 动能一定较小，温度较低，故A错误，C正确：压强大的容器中气体 分子对器壁单位面积的平均作用力比较大，故D正确。 V10.08=1 0V,-V-0.8-10 ,故A错误，B正确：重新充气前，用去的氧气 答案 CD 3.解析假设玻璃泡内空气体积不变，温度降低，内部压强降低，外界 在p2压强下的体积为V3=V2一V1=(0.8一0.08)m=0.72m,设 压强增大，则玻璃管内水柱上升，A正确：温度升高，内部压强增大，！ 用去的氧气在p(1个大气压)压强下的体积为V。,根据玻意耳定律 外界压强不变或减小，管内水柱下降，B、C错误：温度不变，内部压 得p2V3一poV。,设实验室每天用去的氧气在p下的体积为△V,则 强不变，外界压强减小，管内水柱下降，D错误 答案A 氧气可用的天数为N= △卫，代入数据解得这瓶充满的氧气重新充 4.解析设玻璃管的横裁面积为S,以封闭气体为研究对象 气前可供该实验室使用的天数为N=18天，故C正确，D错误。 初状态：p1=p0=76cmHg, 答案BC V1=L1·S=8cm·S,T1=304K; 类型4 末状态：p2=po十2cmHg=78cmHg, V2=Lg·S=9cm·S, [典例)解析口)对气体，由查理完律有会会。 根据理想气体状态方程V=V T, 解得T1=T。=360K, b 代入数据解得：T2-351K,则2=(351-273)℃=78℃。 测气体原来温度为t=(360一273)℃=87℃ 答案78℃ (2)假设将放出的气体先收集起来，并保持压强与氧气罐内相同，以 微专题1变质量问题 全部气体为研究对象，由玻意耳定律有 关键能力·合作探究 piVo=poV, 华型 解得V=V。=1.2V。: [典例1]解析球内原有气体压强为p1=1.3atm时，其体积为V 7,5L,设需打气n次，球内气压回到正常范国，设球内正常气压为， 每次打入的空气为△V。由玻意耳定律有V一p1V十np△V,解得n= 则剩余气体与原来气体总质量的比为严艇= pv=i。 VAY_.5-1:3X75,当=1.5atm时，解得n=5,当：= 答案(1)87℃ po△V (2)5 0.3 6 1:6am时，解得n=7.5,所以需打气的次数范固是5~7次。故A针对训练 正确。 14.解析取原来瓶中气体为研究对象，初态V1=V,T1=280K 答案A 末态V2=V十△V,T2=320K 针对训练 1.解析以臂带内的气体与充入的气体整体为研究对象，气体温度不 由盖一吕萨克定律得T=工， 变，由玻意耳定律得 V poV+5poV0=p1×5V 已知p0=750mmHg,V。=40cm,p1=(750+150)mmHg= m金T17 900 mmHg 代入数据解得V=40cm,故B正确。 =8，故D正确。 答案D 答案B ·素养演练·提升技能 类型2 1.解析设需再充入体积为V,的空气，把轮胎里体积为V的空气和 [典例2]解析钢瓶的容积为2V。,抽气筒容积为V。,最初钢瓶内1 外面体积为V,的空气当作一定质量的气体，充气过程为等温变化， 气体压强为，抽气过程气体温度不变，由玻意耳定律， 第一次抽气有po·2V。=p1V0十p1·2V。 有V+V,)=pV,得到V=( (卫-1V,C正确。 第二次抽气有1·2V。=pVo+p2·2V0 答案 第三次抽气有2·2V。=pV。十p·2Vo 12.解析对氧气瓶内的气体分析，初态：1=10atm,V1=V。,T1= 第四次抽气有p3·2V0=pV。十p1·2V0 300K 经过计算有p1=80 16 末态：p2=12atm,V2=?,T2=400K 答案D 根据一定质量的理想气体状态方程可得=V,解得V, 针对训练 T. 2,解析根据玻意耳定律，第一次抽气过程： PoV=(V+0.1V) 9 第二次抽气过程： v.-V. p1V=p2(V+0.1V) 排出气体的质量与原有气体总质量之北m=Y 而m1正比于0.1p1V,m2正比于0.1p2V,所以 9 m2:m1=p2:1=1:1.1,故C正确，A、B、D错误 答案C 0,故A正确。 类型3 答案A [典例3]解析(1)假设乙罐中的气体被压缩到压强为，其体积变 为V1,由玻意耳定律有 13.解析开放状态时，病房内外的气压均为b。=1.03×105Pa,病房 内温度为T。=(273十7)K=280K 2(2V)=V1① 若病房密闭，仅将病房内温度升高到T1=(273十20)K=293K,设 现两罐气体压强均为力，总体积为(V十V1)。设调配后两罐中气体 升温后病房内的气压为1，病房内的气体发生等容变化，根据查理 的压强为p,由玻意耳定律有 (V+V1)=p'(V+2V)② 定律有号会 联立①@式可得p-子p③ 代入数据解得p1≈1.08×10Pa。 设病房的体积为V1。假设体积为V1,压强为p1的气体经等温膨胀 (2)若调配后甲罐中的气体再被压缩到原来的压强力时，体积为 后压强变为p2时的体积为V2, V,,由玻意耳定律有 由题意可知p2=p。-100Pa=1,03×105Pa-100Pa=1.029× p'V=pV2④ 设调配后甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比为， 根据玻意耳定律有p1V1=p2V2 V2-V 需抽取出的气体质量与原来气体质量的百分比为？= 联立③④⑤式可得k=子⑥ : ×100% 联立代入数据解得≈4.7%。 答案号。(2②号 2 答案1.08×10Pa4.7% 针对训练 微专题2理想气体的综合问题 3.解析设氧气瓶开始时的压强为1(20个大气压)，体积为V1=关键能力·合作探究 0.08m3,压强变为2(2个大气压)时，体积为V2,根据玻意耳定律 类型1 :[典例1]解析对容器内气体有p1=p2,T1=300K,T2=400K 208