2.3 气体实验定律的微观解释 课件 (共29张PPT)

(共29张PPT)
第二章 气体、液体和固体
粤教版 选择性必修三
第三节 气体实验定律的微观解释
知识回顾
一定质量的气体，其温度、体积和压强三个量之间存在某种关系。
探究气体等温变化的规律
探究气体等容变化的规律
探究气体等压变化的规律
—— 玻意耳定律
—— 查理定律
—— 盖-吕萨克定律
公式：pV =C1
公式：
公式：
理想气体状态方程
理想气体？
Part 01
气体压强的微观解释
新课导入
树叶被雨滴砸中后细微的颤动
当雨点比较稀疏时，作用力是断续的，因此树叶会抖动
当雨点比较密集时，作用力是持续的，因此树叶被压低
当稀疏的雨点打在伞上时，我们感到伞上各处受力是不均匀的，而且是断续的；
但当密集的雨点打到伞上时，就会感到雨伞受到一个均匀的、持续的压力。
描述压力产生的效果的物理量
——压强
气体压强产生的原因？
气体压强的微观解释
单个分子对器壁的冲力是短暂的，但大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续的、均匀的压力。
回顾：分子动理论的知识
物质由大量分子组成，单位体积内分子数非常巨大
分子在做永不停息的无规则热运动，气体分子之间、分子与容器壁的碰撞非常频繁
从分子动理论的观点来看，气体压强是大量气体分子对器壁作用的宏观效果，大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。
大量分子频繁地碰撞器壁产生的压强跟什么因素有关呢？
大量分子频繁地碰撞器壁产生的压强跟什么因素有关呢？
单个分子的质量以及碰撞的速率有关
气体分子的密集程度(单位体积内分子数目)
大量分子频繁地碰撞器壁产生的压强跟什么因素有关呢？
单个分子的质量以及碰撞的速率有关
我们利用动量定理做一个简化的推导：
把一个分子看作一个质量为m的弹性小球，小球以垂直于器壁的初速度v撞向器壁，因为是弹性碰撞，反弹后速度v’=-v。
设碰撞过程中器壁对小球的平均作用力大小为F，作用时间为t：
根据动量定理：Ft=mv-(-mv) 解得：F=2mv/t
根据牛顿第三定律，小球对器壁的冲击力F'=F=2mv/t
大量分子频繁地碰撞器壁产生的压强跟什么因素有关呢？
单个分子的质量以及碰撞的速率有关
氧气分子的速率分布曲线
→大量气体分子的热运动的平均速率
大量分子频繁地碰撞器壁产生的压强跟什么因素有关呢？
气体分子的热运动的平均速率
气体分子的密集程度(单位体积内分子数目)
Part 02
气体实验定律的微观解释
玻意耳定律
内容：一定质量的气体，在温度不变的情况下，其压强与体积成反比。
微观解释：
温度保持不变时，气体分子热运动的平均速率一定，
若气体体积减小，分子的密集程度增大，气体压强增大;
若气体体积增大，分子的密集程度减小，气体压强减小。
公式：pV =C1
查理定律
内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，其压强与温度成正比。
微观解释：
体积保持不变时，气体分子的密集程度保持不变，
若气体温度升高，分子热运动的平均速率增大，气体压强增大
若气体温度降低，分子热运动的平均速率减小，气体压强减小
公式：
盖-吕萨克定律
内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，其体积与温度成正比。
公式：
讨论与交流(课本P30)
根据以上对玻意耳定律和查理定律的微观解释，试应用分子动理论和气体分子运动的统计规律解释盖-吕萨克定律。
盖-吕萨克定律
内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，其体积与温度成正比。
微观解释：
温度降低时，分子的热运动的平均速率减小,压强减小；
只有气体的体积同时减小，使分子的密集程度增大，才能保持压强不变
公式：
课堂练习
例题1（多选）封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，下列说法正确的是( )
A．气体的密度变大
B．气体的压强增大
C．分子的平均动能减小
D．气体在单位时间内撞击器壁单位面积的分子数增多
解析：
气体的质量和体积都不发生变化，故密度不变，A项错．
温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子平均动能增大，C项错．
分子数不变，体积不变，但分子热运动的剧烈程度增加了，故单位时间内撞击器壁的分子数增多，气体压强增大，故B、D正确．
BD
Part 03
理想气体
气体实验定律是通过实验研究获得的，那么在实际条件下，气体是否严格遵循这些定律呢？
在对气体实验定律的进一步精确实验研究中可以发现，
任何实际气体都只是在压强不太大、温度不太低的情况下近似地遵循相关的定律。当压强较大、温度很低时，气体实验定律就不适用了。
知识拓展
当压强较大、温度很低时，气体实验定律就不适用了
事实上，任何气体在高压、低温下都会发生液化甚至成为固体．
气体实验定律是通过实验研究获得的，那么在实际条件下，气体是否严格遵循这些定律呢？
在对气体实验定律的进一步精确实验研究中可以发现，
任何实际气体都只是在压强不太大、温度不太低的情况下近似地遵循相关的定律。当压强较大、温度很低时，气体实验定律就不适用了。
虽然实际气体不严格遵循气体实验定律，但为了研究方便，我们可以设想有一种严格遵循气体实验定律的气体，这样的气体被称为理想气体。
理想气体
特点
1.理想气体是不存在的，是一种理想化模型。
2.从微观上说： ①分子有质量而没有体积；
②分子间以及分子和器壁间除碰撞外无其他作用力。
3.从能量上说：理想气体的微观本质是忽略了分子力，没有分子势能，理想气体的内能只有分子动能。一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，与气体的体积无关。
在温度不太低，压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。
理想气体
理想气体的状态方程
推导：
理想气体
理想气体的状态方程
一定质量、理想气体(温度不太低，压强不太大)
1.内容：一定质量的某种理想气体在从一个状态变化到另一个状态时，尽管 p、V、T 都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。
2.公式：
3.条件：
恒量C由理想气体的质量和种类决定，即由理想气体的物质的量决定
理想气体
理想气体的状态方程
4.特例——三个气体实验定律
课堂练习
例题2 某气象探测气球内充有温度为27℃、压强为1.5×105 Pa的氦气，其体积为5m3。当气球升高到某一高度时，氦气温度为200K，压强变为0.8×105 Pa，设球内气体可视为理想气体，则这时气球的体积是多大？
课堂练习
例题2 某气象探测气球内充有温度为27℃、压强为1.5×105 Pa的氦气，其体积为5m3。当气球升高到某一高度时，氦气温度为200K，压强变为0.8×105 Pa，设球内气体可视为理想气体，则这时气球的体积是多大？
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)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1 及 p2、V2、T2；
(3)由状态方程列式求解；
(4)讨论结果的合理性．
课堂练习
例题2 某气象探测气球内充有温度为27℃、压强为1.5×105 Pa的氦气，其体积为5m3。当气球升高到某一高度时，氦气温度为200K，压强变为0.8×105 Pa，设球内气体可视为理想气体，则这时气球的体积是多大？
课堂练习
例题3 一定质量的理想气体，初状态是(p0、V0、T0)，经过一个等压过程，温度升高到3T0/2，再经过一个等容变化，压强减小到p0/2，则气体最后的状态是( )
A．3p0/4，3V0/2，3T0/2 B．p0/2，3V0/2，3T0/4
C．p0/2，V0，T0/2 D．以上答案均不对
B