2.5.2 气体实验定律的微观解释　理想气体 课件-2025-2026学年高二下学期物理教科版选择性必修第三册

第二章 固体、气体和液体 5 第2课时 气体实验定律的微观解释 理想气体 High school physics 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 能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。 01 重难点 了解理想气体模型，知道实际气体看成理想气体的条件。 02 观看视频，类比思考，密闭容器中气体的压强是如何产生的？ 气体分子做无规则运动，撞击容器壁，产生压强。 公司logo 公司logo 情境导入 气体实验定律的微观解释 01 分子的平均动能和分子的密集程度。 1.从微观角度来说，气体压强大小由什么因素决定？ 2.一定质量的气体发生等温变化时，如果其体积压缩到原来的(n>1)，气体的压强怎样变化？试从微观角度加以解释。 温度不变，气体分子的平均动能不变，体积变为原来的，则单位体积内的分子数变为原来的n倍，则压强增大为原来的n倍。 等温变化规律的微观解释 分子平均动能不变 分子密集程度增大 V减小 T不变 单位时间内撞击容器单位面积的分子数增多 压强增大 【点击图片 调整体积】 公司logo 公司logo 核心知识 等容变化规律的微观解释 压强增大 分子密集程度不变 分子平均动能增大 T升高 V不变 【点击图片 调整温度】 公司logo 公司logo 核心知识 压强可能不变 分子平均动能增大 分子密集程度减小 V增大 T升高 等压变化规律的微观解释 【点击图片 调整温度、体积】 公司logo 公司logo 核心知识 一定质量的气体，当温度保持不变时，压强随体积的减小而增大；当体积保持不变时，压强随温度的升高而增大。从微观角度看，这两个使压强增大的过程有何区别？ 答案　因为一定质量的气体的压强是由单位体积内的分子数和气体的温度(分子的平均动能)决定的。温度保持不变，气体体积减小时，虽然分子的平均动能不变，分子对容器的撞击力不变，但单位体积内的分子数增多，单位时间内撞击器壁的分子数增多，故压强增大；体积保持不变，气体温度升高，气体分子运动加剧，分子的平均动能增大，分子撞击器壁的作用力增大，而体积不变，单位体积内的分子数不变，故压强增大。所以这两种情况下在微观上是有区别的。 公司logo 公司logo 讨论交流 9 1.(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。 新知讲解 理想气体 02 理想气体 1 定义 在任何温度、任何压强下都遵守气体实验定律的气体。 2 理想气体与实际气体 在温度不太低、压强不太大的条件下，一切实际气体都可以当作理想气体来处理。 是一种理想模型。 公司logo 公司logo 核心知识 从微观角度看理想气体的特点 01 气体分子本身的大小与分子间的距离相比忽略不计，分子可看成不占有空间的质点。 02 除了相互碰撞的过程以外，气体分子间的相互作用力忽略不计。 03 气体分子与器壁碰撞的动能损失忽略不计。 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 讨论交流 理想气体状态方程 03 如图所示，一定质量的某种理想气体从状态A到B经历了一个等温变化过程，又从状态B到C经历了一个等容变化过程，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。 答案　从A→B为等温变化过程， 根据气体等温变化规律可得pAVA＝pBVB ① 从B→C为等容变化过程， 根据等容变化规律可得 ② 由题意可知：TA＝TB ③ VB＝VC ④ 联立①②③④式可得。 理想气体状态方程 01 内容 一定质量的某种理想气体，从一个状态(p1、V1、T1)变化到另一个状态(p2、V2、T2)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 02 表达式 ＝C或 式中的常量C与气体的种类及质量有关，与状态参量(p、V、T)无关。 03 成立条件 一定质量的理想气体 公司logo 公司logo 核心知识 理想气体状态方程与气体实验定律的关系 ⇒ 等温变化规律 等容变化规律 等压变化规律 盖吕萨克定律 查理定律 玻意耳定律 公司logo 公司logo 核心知识 2.如图所示为一粗细均匀内径很小的L形玻璃管，其中竖直管开口且足够长，水平管右端封闭。现在向竖直管中缓慢注入水银，在水平管中封闭了一定质量的理想气体，相关数据如图所示。已知大 气压强p0=75 cmHg，环境温度T1=300 K。不计水银的热胀冷缩。求： (1)封闭气体的压强p1； (2)缓慢均匀加热封闭气体，当水平管中 的水银全部进入竖直管时气体的温度T2； (3)继续缓慢均匀加热封闭气体直到温度达到T3=570 K， 从T1到T3整个加热过程竖直管中水银面上升的总高度H。 答案　 (1) 90 cmHg　 (2) 475 K　 (3) 8 cm 例题 (1)封闭气体的压强为p1=p0+ρgh=75 cmHg+15 cmHg=90 cmHg (2)缓慢均匀加热封闭气体，当水平管中的水银全部进入竖直管时，封闭气体的压强为p2=p0+ρg(h+L1)=95 cmHg 设玻璃管的横截面积为S，根据理想气体状态方程可得= 解得T2=475 K (3)继续缓慢均匀加热封闭气体直到温度达到T3=570 K， 则气体发生等压变化，则有= ，解得ΔL=3 cm 则T1到T3整个加热过程竖直管中水银面上升的总高度为H=L1+ΔL=8 cm。 新知讲解 3.(2024·宜宾市高二检测)气缸长为L=1 m(气缸厚度可忽略不计)，固定在水平面上，气缸中有横截面积为S=100 cm2的光滑活塞(厚度不计)封闭了一定质量的理想气体，已知当温度为t=27 ℃，大气压强为p0=1×105 Pa时，气柱长为L0=0.4 m。现用水平拉力向右缓慢拉动活塞。 (1)若拉动活塞过程中温度保持27 ℃， 求活塞到达缸口时缸内气体压强； (2)若气缸、活塞绝热，拉动活塞到达缸口时拉力大小为500 N，求此时缸内气体温度。 答案　 (1) 4×104 Pa　 (2) 375 K (1)气体的初状态参量p1=p0=1×105 Pa，V1=L0S， 气体末状态参量V2=LS，气体发生等温变化， 由玻意耳定律得p1V1=p2V2 代入数据解得p2=4×104 Pa (2)气体初状态参量p1=p0=1×105 Pa，V1=L0S，T1=(273+27) K=300 K， 气体末状态参量V3=LS，p3=p0-=5×104 Pa 由理想气体状态方程得= ，代入数据解得T3=375 K。 应用理想气体状态方程解题的一般步骤 明确研究对象，即一定质量的理想气体 确定气体在初状态的参量p1、V1、T1 确定气体在末状态的参量p2、V2、T2 由理想气体状态方程列式求解 必要时讨论结果的合理性 公司logo 公司logo 总结提升 一、理想气体 二、等温变化 气体分子密度变化产生压强变化 三、等容变化 分子平均动能变化产生压强变化 四、等压变化 气体分子密度增大，平均动能减小，压强可能不变 方程式 微观解释 把气体分子看作一个个做无规则运动，相互碰撞的小球 课堂小结 本课结束 Keep Thinking! $