2.5.2 气体实验定律的微观解释 理想气体 课件-2026-2027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、液体和气体 气体实验定律的微观解释理想气体 3 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 2 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 重难点 1 能用气体分子动理论解释三个气体实验定律 气体实验定律的微观解释 一 3 大量分子频繁地碰撞器壁，对器壁产生持续、均匀的压力，产生压强。 复习回顾 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) 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，气体分子在单位时间内与单位面积上碰撞轮胎的次数增多，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。 1.从微观角度来说，气体压强由什么因素决定？ 答案　气体压强由做热运动的分子在单位面积上的撞击力决定，即取决于分子的平均动能和分子的密集程度。 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。 答案　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。 1.玻意耳定律的微观解释 宏观 微观 分子平均动能不变 分子密集程度增大 V减小 T不变 M一定 单位时间内撞击容器单位面积的分子数增多 压强增大 2.盖-吕萨克定律的微观解释 宏观 微观 分子平均动能增大 分子密集程度减小 V增大 T升高 M一定 压强可能不变 3.查理定律的微观解释 宏观 微观 分子平均动能增大 压强增大 分子密集程度不变 T升高 V不变 M一定 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。 讨论交流 1.对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，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多 C.压强不变，温度降低时，单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少 D.温度升高，压强和体积可能都不变 √ 例题 理想气体 二 12 1.理想气体：在 温度、 压强下都遵守气体实验定律的气体，理想气体是一种理想模型。 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。 任何 任何 3.从微观的角度看，理想气体的特点 (1)气体分子本身的大小与分子间的距离相比 ，分子可看成不占有空间的 。 (2)除了相互碰撞的过程以外，气体分子间的相互作用力 。 (3)气体分子与器壁碰撞的动能损失忽略不计。 忽略不计 质点 忽略不计 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。 讨论交流 理想气体的状态方程 三 16 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。 从A→B为等温变化过程，根据玻意耳定律可得pAVA＝pBVB ① 由题意可知：TA＝TB ③ VB＝VC ④ O p V A B C TA=TB VC=VB 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)时，压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值 。 2.表达式：=C或=____(式中的常量C与 及 有关)。 3.成立条件：一定质量的 。 保持不变 气体的种类 质量 理想气体 梳理与总结 4.理想气体状态方程与气体实验定律的关系 T1＝T2时，p1V1＝p2V2：玻意耳定律 2.内径均匀的L形直角细玻璃管，一端封闭，一端开口竖直向上，用水银柱将一定质量的空气封存在封闭端内，空气柱长4 cm，水银柱高58 cm，进入封闭端长2 cm，如图所示，温度是87 ℃，大气压强为75 cmHg，求： (1)在如图所示位置空气柱的压强p1； (2)在如图所示位置，要使空气柱的长度变为3 cm，温度必须降低到多少摄氏度？ 答案　 (1) 133 cmHg　 (2) -5 ℃ 例题 (1)根据题意，由题图可知，空气柱的压强为p1=p0+ph=(75+58) cmHg= 133 cmHg (2)根据题意，设玻璃管的横截面积为S，温度降低到t，对空气柱，初态有p1=133 cmHg， V1=4S (cm3)，T1=(273+87) K=360 K 末态有p2=p0+ph'=(75+57) cmHg=132 cmHg，V2=3S (cm3)，T2=(273+t) K 由理想气体状态方程有= 代入数据解得t≈-5 ℃。 3.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 例题 (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， 由气体等温变化规律得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 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； 4.必要时讨论结果的合理性。 总结提升 气体实验定律的微观解释 理想气体 理想气体 宏观：遵从气体实验定律的气体 微观：只考虑分子动能，忽略分子势能 气体实验定律的微观解释 1.玻意耳定律的微观解释 2.盖-吕萨克定律的微观解释 3.查理定律的微观解释 理想气体的状态方程 理想气体的质量一定，分子的总数是一定的，体积不变，分子的数密度不变，故要使压强增大，分子的平均动能一定增大，A正确； 当温度不变时，分子的平均动能不变，要使压强减小，则分子的数密度一定减小，即单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少，B错误；当温度降低时，分子的平均动能减小，要保证压强不变，则分子的数密度一定增大，单位时间内撞击单位面积器壁的气体分子数增多，C错误； 温度升高，压强和体积至少有一个要发生变化，不可能都不变，D错误。 Keep thinking Lavf56.15.102 联立①②③④式可得＝。 从B→C为等容变化过程，根据查理定律可得＝ ② eq \b\lc\ (\a\vs4\al\co1(,V1＝V2时，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)：查理定律)) eq \b\lc\ (\a\vs4\al\co1(,p1＝p2时，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)：盖—吕萨克定律)) eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)  ＝ $