2.3第2课时　理想气体、气体实验定律的微观解释 课件（24张PPT）

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第2课时　理想气体、气体实验定律的微观解释
第二章 气体、固体和液体
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。
3.能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。
知识梳理
一、理想气体
1.理想气体
在任何温度、任何压强下都遵从_____________的气体。
2.理想气体与实际气体
在_____不低于零下几十摄氏度、_____不超过大气压的几倍的条件下，把实际气体当成理想气体来处理。
(2)理想气体是对实际气体的一种科学抽象，就像质点、点电荷模型一样，是一种理想模型，实际并不存在。
气体实验定律
温度
压强
二、理想气体的状态方程
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，尽管p、V、T都可能改变，但是压强跟体积的乘积与 的比值保持不变。
2.表达式：=C。
3.成立条件：一定 的理想气体。
质量
热力学温度
质量
三、对气体实验定律的微观解释
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 是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的 增大，气体的压强就增大。
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 增大。在这种情况下只有气体的 同时增大，使分子的 减小，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 保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的 增大，气体的压强就增大。
数密度
平均动能
体积
平均动能
平均动能
数密度
数密度
重点难点突破
1.对“理想气体”的理解
(1)宏观特点
①理想气体是为了方便研究问题提出的一种理想模型，是实际气体的一种科学抽象，就像力学中的质点、电学中的点电荷模型一样。
②宏观上，理想气体严格遵从气体实验定律及理想气体状态方程。
(2)微观特点
①理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计。
②理想气体分子之间的相互作用力可以忽略不计，故无分子势能，理想气体的内能等于所有分子热运动的动能之和，理想气体的内能仅由温度和分子总数决定，与气体的体积无关。
③分子之间和分子与器壁之间的碰撞，都是完全弹性碰撞。除碰撞以外，分子向各个方向的运动机会均等。
(3)实际处理
①理想气体是不存在的。在常温常压下，大多数实际气体，尤其是那些不易液化的气体(氢气、氧气、氮气、氦气、空气等)都可以看成理想气体。
②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，很多气体都可当成理想气体来处理。
2.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)在 =C(恒量)中，恒量C与气体的种类、质量有关，与状态参量(p、V、T)无关。
(4)方程应用时单位方面应注意: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。
(5)理想气体状态方程与气体实验定律
推论：根据气体的密度 ρ =，可得气体的密度公式 。
等压线
V= 斜率k = ，即斜率越大，对应的压强越小。
等容线
= 斜率k = ，即斜率越大，对应的体积越小。
(6)理想气体状态变化的图像
pV=CT(C为常量)，即pV越大的等温线对应的温；度越高，离原点越远。
= 斜率k = ，即斜率越大，对应的温度越高。
等温线
例1 如图所示，在两端封闭、导热良好、粗细均匀的U形细玻璃管内有一段水银柱，水银柱的两端各封闭有一段空气，U形管两端竖直朝上，环境温度为240 K时，左、右两边空气柱的长度分别为l1=24 cm和l2=16 cm，左边气体的压强为20 cmHg。现改变环境温度，使左侧竖直管内水银液面下降1 cm(左侧竖直管内仍有水银)，求此时的环境温度。
解析：对于左侧气体:
初状态:p120 cmHg，l124 cm，T240 K
末状态:l1‘l1Δh，p1’未知，其中Δh1 cm
根据理想气体状态方程，
对于右侧气体:
初状态:p212 cmHg，l216 cm，T240 K
末状态:p2'p1'10 cmHg，l2'l2Δh，T'待求
根据理想气体状态方程:，联立可得:T'=375 K。
答案：375 K
3.气体实验定律的微观解释
(1)玻意耳定律
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。
微观解释：温度不变，分子的平均动能不变。体积越小，分子越密集，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，如图所示。
(2)查理定律
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。
微观解释：体积不变，则分子的数密度不变，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，如图所示。
(3)盖—吕萨克定律
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。
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分子的数密度减小，所以气体的体积增大，如图所示。
例2 一定质量的理想气体由状态A经状态B变为状态C，其中A→B过程为等压变化，B→C过程为等容变化。已知VA＝0.3 m3，TA＝TC＝300 K、TB＝400 K。
(1)求气体在状态B时的体积；
(2)说明B→C过程压强变化的微观原因。
解析：(1)设气体在B状态时的体积为VB，由盖－吕萨克定律得，＝，代入数据得VB＝0.4 m3。
(2)微观原因：气体体积不变，分子密集程度不变，温度变小，气体分子平均动能减小，导致气体压强减小。
随堂练习
1.(多选)在下列图中，可能反映理想气体经历了等压变化→等温变化→等容变化后，又回到原来状态的有(　　)
AC
2.对于一定质量的理想气体，下列状态变化中可能实现的是(　　)
A.使气体体积增加而同时温度降低
B.使气体温度升高，体积不变，压强减小
C.使气体温度不变，而压强、体积同时增大
D.使气体温度升高，压强减小，体积减小
A
3.一定质量的理想气体，初始状态为p、V、T，经过一系列状态变化后，压强仍为p，则下列可以实现的过程是(　　)
A．先等温压缩，再等容降温
B．先等温膨胀，再等容降温
C．先等容升温，再等温压缩
D．先等容降温，再等温膨胀
A
4. (多选)一定质量的理想气体经历如图所示的一系列变化过程，ab、bc、cd和da这四个过程中在p－T图上都是直线段，其中ab的延长线通过坐标原点O，bc垂直于ab，而cd平行于ab，由图可以判断(　　)
A．ab过程中气体体积不断增大
B．bc过程中气体体积不断减小
C．cd过程中气体体积不断增大
D．da过程中气体体积不断减小
BC
5.(多选)对于一定质量的气体，当它的压强和体积发生变化时，以下说法正确的是(　　)
A．压强和体积都增大时，其分子平均动能不可能不变
B．压强和体积都增大时，其分子平均动能有可能减小
C．压强和体积都增大时，其分子的平均动能一定增大
D．压强增大，体积减小时，其分子平均动能一定不变
AC