2.5 第2课时 气体实验定律的微观解释 理想气体（22张PPT）课件 2024-2025学年高二物理教科版（2019）选择性必修3

(共22张PPT)
第二章 固体、液体和气体
第5节 第2课时 气体实验定律的微观解释 理想气体
1.理解气体压强和气体实验定律的微观解释
2.理解并学会应用理想气体状态方程
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
一、气体压强的微观解释
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，会对器壁产生持续、均匀的压力，产生压强。
视频展示：气体压强的微观意义
单个分子对器壁的作用力跟什么因素有关呢？
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（如图所示），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
因此，分子与容器壁碰撞的作用力与分子的质量以及碰撞的速率有关。
大量分子频繁地碰撞器壁产生的压强还跟什么因素有关呢？
我们知道压强P=F/S，如果单位体积内气体分子数目越多，那么碰撞到器壁单位面积上的分子数目就越多，单位面积上的平均作用力越大，则压强越大。
因此，气体压强还跟单位体积内分子数目有关。
就大量分子而言，气体质量一定时，如果温度不变，体积越小，单位体积内气体分子数目越多，撞击器壁的分子数目越多，撞击的平均作用力越大，则压强越大；如果体积不变，温度越高，气体分子热运动的平均速率越大，撞击的平均作用力越大，则压强越大。
总结：
影响气体压强的两个因素：
(1)气体分子的密集程度；
(2)气体分子的热运动的平均速率。
二、气体实验定律的微观解释
1.温度的微观含义：温度越高，分子热运动的平均动能越大；温度越低，分子热运动的平均动能越小。
2.压强的微观含义：容器中气体分子的平均速率越大、分子数密度越大，气体压强就越大；容器中气体分子的平均速率越小、分子数密度越小，气体压强就越小。
宏观角度
温度
体积
分子的平均速率（平均动能）
分子的密集程度
微观角度
3.玻意耳定律的微观解释
一定质量的气体，温度保持不变时，气体分子热运动的平均动能一定，若气体体积减小，分子的密集程度增大，气体压强增大。反之，若气体体积增大，分子的密集程度减小，气体压强减小（如图所示）。
（公式：pV =C1）
4.查理定律的微观解释
一定质量的气体，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，分子的热运动的平均动能增大，气体压强增大。反之，若气体温度降低，分子热运动的平均动能减小，气体压强减小（如图所示）。
（公式： ）
5.盖-吕萨克定律的微观解释
一定质量的气体，温度降低时，分子的热运动的平均动能减小；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（如图所示）。
（公式： ）
三、理想气体及理想气体状态方程
1.理想气体
(1)理想气体：在______温度、______压强下都遵守气体实验定律的气体。
(2)理想气体与实际气体
任何
任何
不太低
不太大
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。
2.理想气体状态方程
（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，尽管其压强p、体积V和温度T都可能改变，但压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比__________。
保持不变
（3）成立条件：一定质量的__________。
理想气体
（2）理想气体状态方程表达式： 或=C（常量，与气体的种类及质量有关）。
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 到 B 过程为等压变化，B 到 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 时的体积大小 ；
（2）从微观的角度说明气体由状态 A 到 C 过程中压强如何变化。
解：（1）根据气体等压变化规律，有
已知状态 A 的参量 VA、TA，状态 B 的参量 TB，则
（2）气体从状态 A 到 B 是一个等压膨胀过程，由于气体体积增大，导致分子密集程度降低，因此单位时间内在单位面积器壁上的撞击次数就会减少。气体从状态 B 到 C 是一个等容降温过程，由于温度降低，分子的平均动能减小，导致大量分子撞击器壁过程中对器壁的平均作用力减小。综上所述，气体压强降低。
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。
1.关于理想气体，下列说法正确的是( )
A．理想气体也不能严格地遵守气体实验定律
B．实际气体在温度不太高、压强不太小的情况下，可看成理想气体
C．实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可看成理想气体
D．所有的实际气体在任何情况下，都可以看成理想气体
C
2.用打气筒给篮球打气，设每推一次活塞都将一个大气压的一整筒空气压入篮球。不考虑打气过程中的温度变化，忽略篮球容积的变化，则后一次与前一次推活塞过程比较（ ）
A．篮球内气体压强的增加量相等
B．篮球内气体压强的增加量大
C．篮球内气体压强的增加量小
D．压入的气体分子数少
A
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
C
4.压强的微观原因是气体分子对容器壁的作用，关于气体的压强，下列说法正确的是（　　）
A．气体压强的大小只与分子平均动能有关
B．单位体积内的分子数越多，分子平均速率越大，压强就越大
C．一定质量的气体，体积越小，温度越高，压强就越小
D．气体膨胀对外做功且温度降低，气体的压强可能不变
B
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