高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化第2课时导学案

这是一份高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册3 气体的等压变化和等容变化第2课时导学案，共8页。学案主要包含了理想气体，理想气体的状态方程，气体实验定律的微观解释等内容，欢迎下载使用。
第2课时 理想气体、气体实验定律的微观解释
1.了解理想气体的模型，并知道实际气体看成理想气体的条件.
2.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.
3.能用气体分子动理论解释三个气体实验定律．
一、理想气体
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．
3．理想气体严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程．
4．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．
5．理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力．
6．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．
二、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．
2．表达式：eq \f(pV,T)＝C.
3．对理想气体状态方程的理解
(1)成立条件：一定质量的理想气体．
(2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关．
(3)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．
(4)方程中各量的单位：温度T必须是热力学温度，公式两边中压强p和体积V单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位．
4．理想气体状态方程与气体实验定律
eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)⇒eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\c1(T1＝T2时，p1V1＝p2V2玻意耳定律,V1＝V2时，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)查理定律,p1＝p2时，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)盖－吕萨克定律))
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．
三、气体实验定律的微观解释
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．体积越小，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1.
图1
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2.
图2
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，而要使压强不变，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3.
图3
一、多选题
1．关于热力学规律，下列说法正确的是 。
A．热力学第一定律和热力学第二定律从不同角度阐述了能量守恒定律
B．从微观意义上讲，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小
C．从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统计规律
D．一定质量的理想气体放出热量，则分子的平均动能不一定减少
E．一定质量的理想气体等温压缩，外界对气体做正功，内能一定增加
2．对于一定质量的理想气体，从微观的角度解释，下列说法中正确的是（ ）
A．在体积不变时，气体的温度升高，每个气体分子对器壁产生的平均冲量减小，压强增大
B．密闭容器内一定质量的理想气体体积不变，温度升高，单位时间内撞击容器壁的分子数增加
C．封闭容器中的理想气体，若温度不变，体积减半，则单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，气体的压强加倍
D．在体积不变时，分子间每秒平均碰撞次数随着温度的降低而减小
3．关于理想气体，下列说法正确的是( )
A．理想气体就是温度不太低、压强不太大的气体
B．理想气体就是处于标准状况下的气体
C．通常气体只是近似遵守气体实验定律，而理想气体严格遵守气体实验定律
D．理想气体是一个理想化模型，实际并不存在
4．对于一定质量的理想气体，从微观的角度解释，下列说法中正确的是 ．
A．在体积不变时，气体的温度升高，每个气体分子对器壁产生的平均冲量减小，压强增大
B．密闭容器内一定质量的理想气体体积不变，温度升高，单位时间内撞击容器壁的分子数增加
C．封闭容器中的理想气体，若温度不变，体积减半，则单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，气体的压强加倍
D．气体的温度变化时，其分子平均动能和分子间势能也随之改变
E.在体积不变时，分子间每秒平均碰撞次数随着温度的降低而减小
5．关于气体热现象的微观解释，下列说法中正确的是_____
A．密闭在容器中的气体，在某一时刻向各个方向运动的气体分子数目一定相等
B．大量气体分子的速率有大有小，但是按“中间多，两头少”的规律分布
C．气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关
D．一定质量的理想气体，温度不变，体积减小时，气体的内能一定增大
6．关于理想气体，下列说法正确的是( )
A．当把实际气体抽象成理想气体后，它们便不再遵守气体实验定律
B．温度极低，压强太大的气体不能当作理想气体，也不遵守实验定律
C．理想气体分子间的平均距离约为10－10 m，故分子力为零
D．理想气体分子间既没引力，也无斥力，分子力为零
E. 理想气体是对实际气体抽象后形成的理想模型
二、实验题
7．在“研究一定质量理想气体在温度不变时，压强和体积的关系”实验中．某同学按如下步骤进行实验：
①将注射器活塞移动到体积适中的V0位置，接上软管和压强传感器，通过DIS系统记录下此时的体积V0与压强p0．
②用手握住注射器前端，开始缓慢推拉活塞改变气体体积．
③读出注射器刻度表示的体积V，通过DIS系统记录下此时的V与压强p．
④重复②③两步，记录5组数据．作p﹣图．
(1)在上述步骤中，该同学对器材操作的错误是：__．因为该操作通常会影响气体的__（填写状态参量）．
(2)若软管内容积不可忽略，按该同学的操作，最后拟合出的p﹣直线应是图a中的__．（填写编号）
(3)由相关数学知识可知，在软管内气体体积△V不可忽略时，p﹣图象为双曲线，试用玻意耳定律分析，该双曲线的渐近线（图b中的虚线）方程是p=__．（用V0、p0、△V表示）
三、填空题
8．如图所示，用横截面积为S的活塞在气缸内封闭一定质量的空气，活塞质量为m．在活塞上施加恒力F缓慢推动活塞，使气体体积减小．
(1)设上述过程中气体温度保持不变，则气缸内的气体压强______(选填“增大”、“减小”或“不变”)，按照分子动理论从微观上解释，这是因为_______；
(2) 设上述过程中活塞下降的最大高度为Δh，气体放出的热量为Q，外界大气压强为p0，试求此过程中被封闭气体内能的变化ΔU_________.
参考答案
1．BCD
【详解】
A．热力学第一定律是能量守恒定律，而热力学第二定律则是反映自然过程的方向性的定律，故A错误；
B．根据熵增加原理，从微观意义上讲，在任何自然过程中，一个孤立系统的总熵不会减小，故B正确；
C．从微观意义上讲，热力学第二定律是一个统计规律，故C正确；
D．热力学第一定律，其中是外界对热力学系统做的功，是外界向热力学系统传递的热量。一定质量的理想气体放出热量的同时，如果外界对气体做了功，气体的内能不一定减少，所以分子的平均动能不一定减少，故D正确；
E．理想气体的内能只与温度有关，所以一定质量的理想气体等温压缩，内能不变，故E错误。
故选BCD。
2．BCD
【详解】
A．在体积不变时，气体温度升高，分子的平均动能增加，分子数密度不变，故单个分子每次与器壁碰撞时平均冲量增加，压强增大，故A错误；
B．体积不变，分子密度不变，温度升高，则分子平均速率增加，单位时间内撞击容器壁的分子数增加，故B正确；
C．若温度不变，分子平均动能不变，体积减半，分子密度加倍，单位时间内的气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，压强加倍，故C正确；
D．在体积不变时，根据查理定律可知，温度降低则压强减小，则分子间每秒平均碰撞次数随着温度的降低而减小，故D正确。
故选BCD。
3．CD
【详解】
理想气体是物理学上为了简化为题而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在；通常状况下，严格遵从气态方程的气体，叫做理想气体，故AB错误，CD正确．
故选CD．
4．BCE
【解析】
【详解】
A．在体积不变时，气体的温度升高，分子的平均动能增加，分子数密度不变，故单个分子每次与器壁碰撞时平均冲量增加，碰撞次数增多，压强增大，故A错误；
B．容器内一定质量的理想气体体积不变，单位体积内的分子数不变，温度升高，分子平均动能增大，则单位时间内撞击容器壁的分子数增加，故B正确；
C．由理想气体的状态方程可知，当温度不变，体积减半，则气体压强p加倍，即单位时间内气体分子在容器壁单位面积上碰撞的次数加倍，故C正确；
D．温度是分子平均动能的标志，与分子势能无关，故D错误；
E．由压强的微观解释，温度降低，分子平均动能减小，单个分子撞击容器壁产生的撞击力减小，所以一定量的气体，在体积不变时，分子每秒对器壁单位面积的平均碰撞次数随着温度的降低而减小，故E正确．
5．ABC
【解析】
试题分析：气体分子做无规则的运动，在某一时刻，向各个方向运动的气体分子数目相等，选项A正确；大量气体分子做无规则运动，速率有大有小，但是分子的速率按“中间多，两头少”的规律分布，B正确；气体压强的大小跟气体分子的平均动能、分子的密集程度这两个因素有关，气体分子的平均动能越大，则气体分子对器壁的冲量越大，气体分子密度越大，单位时间对单位器壁面积上的作用次数越多，C正确；
一定质量的理想气体，温度不变，则气体的内能一定不变，选项D错误；故选ABC.
考点：分子动理论；气体的压强；气体的内能.
6．BDE
【解析】A、理想气体是物理学上为了简化为题而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在，通常状况下，严格遵从气态方程的气体，遵守气体实验定律，叫做理想气体理想气体，故A错误；B、实际气体在温度极低和压强太大时，不能很好地遵守气体实验定律，B正确；
C、理想气体分子间的平均距离超过，分子间的斥力和引力都可忽略不计，而在平均距离为时，分子间的斥力和引力是不能忽略的，故C错误，D E正确。
点睛：只要实际气体的压强不是很高，温度不是很大，都可以近视的当成理想气体来处理，理想气体是一个理想化模型。
7．用手握住注射器前端 温度 1 P0（）
【详解】
(1)[1][2]在进行该实验时要保持被封闭气体的温度不变化，所以实验中，不能用手握住注射器前端，否则会使气体的温度发生变化．
(2)[3]在p﹣图象中，实验中因软管的体积不可忽略，气体测出的体积要比实际体积要小，所以压强P会偏大，最后拟合出的p﹣直线应是图a中的1图线
(3)[4]在软管内气体体积△V不可忽略时，被封闭气体的初状态的体积为V0+△V，压强为P0，末状态的体积为V+△V，压强为P，由等温变化有：
P0（V0+△V）=P（V+△V）
解得：
P=P0（）
当式中的V趋向于零时，有：
P=P0（）
即该双曲线的渐近线（图b中的虚线）方程是：
P=P0（）
8．增大 体积减小，分子的密集程度增大，单位时间内撞击单位面积的分子数增多 ΔU=（p0s+mg+F）Δℎ−Q
【详解】
略