物理选择性必修 第三册第三节 气体实验定律的微观解释学案

这是一份物理选择性必修 第三册第三节 气体实验定律的微观解释学案，共12页。
2．会解释气体实验定律中压强变化的原因，能用理想气体状态方程解释和计算相关问题．
3．通过气体压强产生原因的探究和理想气体状态方程的推导，提高动手实验的能力和推理能力，培养学习科学的兴趣和端正的态度．
知识点一 气体压强的微观解释
1．微观原因：气体的压强是__________气体分子__________器壁的结果．
2．压强大小：大小等于大量气体分子作用在器壁__________上的__________．
大量气体分子无规则运动，在各个器壁上产生的压强是相等的．
知识点二 气体实验定律的微观解释
气体压强的决定因素：
(1)单位体积内气体__________．
(2)气体分子热运动的__________．
知识点三 理想气体
1．理想气体：严格遵循__________的气体，是一种理想化模型．
2．理想气体状态方程
(1)理想气体的压强跟体积的乘积与热力学温度的比值__________．
(2)公式：__________或__________．
理想气体的始末状态，与过程无关，只与温度、压强和体积有关．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)气体的压强是由气体分子的重力而产生的．( )
(2)密闭容器内气体的压强是由于气体分子频繁碰撞容器壁产生的．( )
(3)一定质量的气体压强跟体积成反比．( )
(4)一定质量的气体压强跟体积成正比．( )
2．(多选)关于密闭容器中气体的压强，下列说法不正确的是( )
A．是由气体受到的重力产生的
B．是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的
C．压强的大小只取决于气体分子数量的多少
D．容器运动的速度越大，气体的压强也越大
3．如图所示，a、b、c三点表示一定质量理想气体的三个状态，则气体在a、b、c三个状态的热力学温度之比是( )
A．1∶1∶1 B．1∶2∶1
C．3∶4∶3D．1∶2∶3
在电视上经常看到热气球载人升空，你能说明其升空的原因吗？


气体压强的微观意义
1．产生原因
单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力．气体的压强等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
2．决定气体压强大小的因素
(1)微观因素．
①气体分子的密集程度：气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多，气体压强就大；
②气体分子的平均动能：气体的温度高，气体分子的平均动能就大，每个气体分子与器壁碰撞(可视为弹性碰撞)时给器壁的冲力就大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就多，累计冲力就大，气体压强就大．
(2)宏观因素．
①与温度有关：温度越高，气体的压强越大；
②与体积有关：体积越小，气体的压强越大．
(3)气体压强与大气压强不同．
大气压强由重力而产生，随高度增大而减小．
气体压强是由大量分子频繁撞击器壁产生的，大小不随高度而变化．
【典例1】 如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中恰好装满水，乙中充满空气，则下列说法中正确的是(容器容积恒定)( )
A．两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的
B．两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的
C．甲容器中pA>pB，乙容器中pC＝pD
D．当温度升高时，pA、pB变大，pC、pD也要变大
[思路点拨] (1)液体压强是因重力而产生的．
(2)气体压强是气体分子碰撞器壁产生的．
[听课记录]





气体压强的分析技巧
(1)明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
(2)明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能．
[跟进训练]
1．在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧紧．下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温度相同．由此可判断，高空客舱内的气体压强______(选填“大于”“小于”或“等于”)机场地面大气压强；从高空客舱到机场地面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能______(选填“变大”“变小”或“不变”)．





理想气体状态方程
1．理想气体的特点
理想气体是一种理想化模型，是实际气体的一种近似，就像质点、点电荷模型一样，突出问题的主要方面，忽略次要方面，是物理学中常用的方法．
(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程．
(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比忽略不计，分子视为质点．
(3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能的变化，一定质量的理想气体内能的变化只与温度有关．
2．理想气体状态方程与气体实验定律
p1V1T1＝p2V2T2⇒T1=T2时，p1V1=p2V2玻意耳定律V1=V2时，p1T1=p2T2查理定律p1=p2时，V1T1=V2T2盖-吕萨克定律
【典例2】 如图所示，绝热气缸A与导热气缸B横截面积相同，均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均无摩擦．两气缸内都装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为V0、温度均为T0，缓慢加热A中气体，停止加热达到稳定后，A中气体压强变为原来的1.2倍，设环境温度始终保持不变，求气缸A中气体的体积VA和温度TA．
[思路点拨] (1)气缸B导热，B中气体初、末状态温度相等，发生的是等温变化．
(2)刚性杆连接绝热活塞，且A、B两个气缸面积相等，因此A、B体积之和不变，即VA＋VB＝2V0．
[听课记录]





对于一定质量的理想气体，由其状态方程pVT＝c可知，当其中一个状态参量发生变化时，一定会引起另外一个状态参量发生变化或另外两个状态参量都发生变化．分析时抓住三个状态参量之间的物理关系是解决此类问题的关键．
[跟进训练]
2．一个半径为0.1 cm的气泡，从18 m深的湖底上升．如果湖底水的温度是8 ℃，湖面水的温度是24 ℃，湖面的大气压强相当于76 cm高水银柱产生的压强，即101 kPa，那么气泡升至湖面时体积是多少？(ρ水＝1.0 g/cm3，g取9.8 m/s2．)





理想气体状态变化的图像
1．一定质量的气体不同图像的比较
2．一般状态变化图像的处理方法
化“一般”为“特殊”，如图是一定质量的某种气体的状态变化过程A→B→C→A．在V-T图线上，等压线是一簇延长线过原点的直线，过A、B、C三点作三条等压线分别表示三个等压过程，pA′＜pB′＜pC′，即pA＜pB＜pC，所以A→B压强增大，温度降低，体积减小，B→C温度升高，体积减小，压强增大，C→A温度降低，体积增大，压强减小．
【典例3】 内壁光滑的导热气缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa，体积为2.0×10-3 m3的理想气体．现在活塞上方缓缓倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来的一半，然后将气缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为127 ℃．(大气压强为1.0×105 Pa)
(1)求气缸内气体的最终体积(保留三位有效数字)；
(2)在如图所示的p -V图上画出整个过程中气缸内气体的状态变化．
[思路点拨] (1)在活塞上方缓缓倒沙子的过程是一个等温变化过程，缓慢加热的过程是一个等压变化过程．
(2)等压过程的图线为平行于V轴的直线，等容过程的图线为平行于p轴的直线，等温过程的图线为双曲线的一支．
[听课记录]





理想气体状态变化时注意转折点的确定
转折点是两个状态变化过程的分界点，挖掘隐含条件，找出转折点是应用理想气体状态方程解决气体状态变化问题的关键．
[跟进训练]
3．一定质量的理想气体，在状态变化过程中的p-T图像如图所示，在A状态时的体积为V0，试画出对应的V-T图像和p -V图像(标注字母和箭头)．





1．教室内的气温会受到室外气温的影响，如果教室内上午10时的温度为15 ℃，下午2时的温度为25 ℃，假设大气压强无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的( )
A．空气分子密集程度增大
B．空气分子的平均动能增大
C．空气分子的速率都增大
D．空气质量增大
2．关于一定质量的气体，下列叙述中正确的是( )
A．如果体积减小，气体分子在单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数一定增多
B．如果压强增大，气体分子在单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数一定增多
C．如果温度升高，气体分子在单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数一定增多
D．如果分子密度增大，气体分子在单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数一定增多
3．一定质量的理想气体，从一个状态变化到另一个状态，在如图所示的四个图中，描述的变化过程可能相同的是( )
A．甲和乙B．甲和丙
C．乙和丙D．乙和丁
4．如图所示，一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中，活塞与容器间光滑接触，在图中三种稳定状态下的温度分别为T1、T2、T3，体积分别为V1、V2、V3且V1