高中物理选择性必修三第二章 3 第二课时 理想气体　气体实验定律的微观解释学案

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第2课时　理想气体　气体实验定律的微观解释[学习目标]　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(重难点)。3.能用气体分子动理论解释三个气体实验定律(重点)。一、理想气体1．理想气体：在________温度、________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________________、压强不超过____________________时，可以当成理想气体来处理。3．从微观的角度看，理想气体的特点(1)气体分子______________________与分子间距离相比忽略不计。(2)气体分子间的__________________忽略不计。(3)气体分子与器壁碰撞的______________忽略不计。4．理想气体是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想化模型，实际并不存在。一定质量的理想气体的内能与什么因素有关？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例1　(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，只是一种理想化模型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二、理想气体的状态方程如图所示，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。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．内容：一定____________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____________________的比值保持不变。2．表达式：eq \f(pV,T)＝C或eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)。公式中常量C仅由气体的____________和__________决定，与状态参量(p、V、T)无关。3．成立条件：一定________的理想气体。4．理想气体状态方程与气体实验定律的关系eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)⇒ eq \b\lc\{\rc\ (\a\vs4\al\co1(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))例2　(多选)关于一定质量的理想气体的状态变化，下列说法中正确的是(　　)A．当气体压强不变而温度由100 ℃上升到200 ℃时，其体积增大为原来的2倍B．气体由状态1变到状态2时，一定满足方程eq \f(p1V1,T1)＝eq \f(p2V2,T2)C．气体体积增大到原来的4倍，可能是压强减半，热力学温度加倍D．气体压强增大到原来的4倍，可能是体积加倍，热力学温度减半例3　(2022·周口市高二月考)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？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________例4　(2022·日照市高二期末)如图所示，一汽缸倒置悬挂，汽缸的横截面积S＝10 cm2，高度为H＝16 cm，汽缸壁的厚度忽略不计，活塞质量为m＝2 kg，厚度忽略不计，其中密封一定质量的理想气体，汽缸与活塞之间用一轻弹簧连接，弹簧的劲度系数k＝5 N/cm。已知汽缸和活塞由绝热材料制成，密封性良好，汽缸内壁光滑，弹簧始终处于弹性限度内。外界大气压强p0＝1.0×105 Pa，重力加速度g取10 m/s2。开始时气体的温度为27 ℃，弹簧处于原长，活塞处于汽缸的中间位置。求：(1)开始时汽缸内密封气体的压强；________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________(2)对汽缸内气体缓慢加热，使活塞与汽缸口平齐，此时汽缸内密封气体的温度。________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________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气体实验定律中温度、体积、压强在微观上分别与什么物理量相关？________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________1．玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能________。体积减小时，分子的数密度________，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就________，气体的压强就________。2．盖—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________，只有气体的体积同时________，使分子的数密度________，才能保持压强不变。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______________，温度升高时，分子的平均动能________，气体的压强________。例5　如图所示，一定质量的理想气体由状态A沿平行于纵轴的直线变化到状态B，则(　　)A．气体的平均动能不变B．气体的内能增加C．气体分子的数密度减小D．气体分子在单位时间内与单位面积器壁碰撞的次数不变对于气体实验定律的阐释，注意从两个途径分析：一是从宏观角度分析，三个参量遵循理想气体状态方程；二是从微观角度分析。