中小学教育资源及组卷应用平台
高中物理选择性必修三素养提升学案
第二章 气体、固体和液体
2.3 气体的等压变化和等容变化（第二课时）
一、新课标要求
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 .能用分子动理论解释三个气体实验定律。
二、科学素养要求
1.物理观念：知道理想气体的概念，知道气体实验定律的微观解释。
2.科学思维：理解理想气体的状态方程并能利用其解决实际问题。
3.科学探究：理解并会推导理想气体状态方程，养成推理论证严谨、细致的习惯，在解释气体实验定律中提高分析能力。
4.科学态度与责任：通过对定律的理解及应用，学会探索科学规律的方法，坚持实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。
三、教材研习
探究点一、理想气体的状态方程
情境探究
1.电视上同学们或许看到过有人乘坐热气球在蓝天翱翔的画面，其中的燃烧器时而喷出熊熊烈焰，巨大的气球缓慢上升。如果有朝一日你乘坐热气球在蓝天旅行探险，那将是一件有趣而刺激的事情。热气球为什么能升空？请探究其中的原理。
答案：以热气球及其中所含空气整体为研究对象，受重力及周围空气的浮力作用，当燃烧器喷出火焰时，将气球内空气加热，温度升高，但气体压强始终等于外界大气压强，可认为是不变的。由理想气体的状态方程知，一定，增大，则增大，于是气球内热空气体积膨胀，从下面漏出，使气球内所含空气的质量减小，热气球整体的重力减小，当空气的浮力大于重力时，热气球便会上升。
探究归纳
1.理想气体
（1）定义：为了研究方便，可以设想一种气体，在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把这样的气体叫作理想气体。
（2）特点
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可以忽略不计，分子可视为质点。
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，理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，一定质量的理想气体内能只与温度有关。
2.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）公式中常量仅由气体的种类和质量决定，与状态参量无关。
（4）方程应用时单位方面：温度必须是热力学温度，公式中压强和体积单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。
3.理想气体状态方程与气体实验定律
由此可见，三个气体实验定律是理想气体状态方程的特例。
4.理想气体状态变化的图像
一定质量的理想气体的状态参量、、可以用图像上的点表示出来，用点到点之间的连线表示气体从一个平衡态（与点对应）到另一个平衡态的变化过程。利用图像对气体状态、状态变化及规律进行分析是常用的方法。
利用垂直于坐标轴的辅助线去分析同质量，不同温度的两条等温线、不同体积的两条等容线、不同压强的两条等压线的关系。
如图甲所示，虚线为等容线，、是与两条等温线的交点，可以认为从状态通过等容升压到状态，温度必然升高，所以。
又如图乙所示，虚线为等温线，从状态到状态压强增大，体积一定减小，所以。
探究应用
【典例】 如图所示，一粗细均匀的形管竖直放置，侧上端封闭，侧上端与大气相通，下端开口处开关关闭，侧空气柱的长度为，温度为；侧水银面比侧的高。已知大气压强。为了使、两侧的水银面等高，可以用以下两种方法：
（1）开关关闭的情况，改变侧气体的温度，使、两侧的水银面等高，求此时侧气体温度；
（2）在温度不变的条件下，将开关打开，从形管中放出部分水银，使、两侧的水银面等高，再闭合开关。求形管中放出水银的长度。（结果保留一位小数）
答案：（1）（2）
解析：（1）初始状态：气体压强为
，气柱长度，
等高后：
由理想气体状态方程得，
代入数据解得
（2）温度不变，则即，得
所以流出水银长度
【迁移应用】
1.如图所示，、、三点表示一定质量理想气体的三个状态，则气体在、、三个状态的热力学温度之比是( )
A.
B.
C.
D.
答案：
解析：根据理想气体状态方程可知，，所以。
探究点二、气体实验定律的微观解释
知识深化
1.玻意耳定律
（1）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。
（2）微观解释：温度不变，分子的平均动能是一定的。体积减小，分子的数密度增大，单位时间、单位面积上碰撞器壁的分子数增多，气体的压强就增大，如图所示。
2.盖-吕萨克定律
（1）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。
（2）微观解释：温度升高，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变，如图所示。
3.查理定律
（1）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。
（2）微观解释：体积不变，分子的数密度保持不变，温度升高，分子的平均动能增大，气体的压强就增大，如图所示。
题组过关
1. 关于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A. 当分子热运动变剧烈且分子平均间距变大时，气体压强一定变大
B. 在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
C. 一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能一定增加
D. 气体在等压膨胀过程中，温度、内能一定变大
答案：
解析：当分子热运动变剧烈时，气体分子的平均动能变大，当气体间的平均距离变大时，气体分子的数密度变小，压强不知道如何变化，故项错误；气体对容器壁的压强是分子对容器壁的碰撞产生的，在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强不为零，故项错误；一定质量的理想气体压强增大，可以通过减小体积或者升高温度来实现，如果保持温度不变，减小体积的话，其分子的平均动能保持不变，故项错误；气体在等压膨胀过程中由理想气体状态方程可知，温度一定升高，内能也一定增大，故项正确。
2.在一定的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于( )
A. 单位体积内的分子数增多，单位时间内、单位面积上分子对器壁碰撞的次数增多
B. 气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大
C. 每个气体分子对器壁的撞击力都变大
D. 气体密度增大，单位体积内分子质量变大
答案：
解析：气体的温度不变，分子的平均动能不变，对器壁的平均撞击力不变；体积减小，单位体积内的分子数目增多，气体压强增大。
3.如图所示，一定质量的理想气体由状态沿平行纵轴的直线变化到状态，则对它的状态变化过程，下列说法正确的是( )
A. 气体的温度不变
B. 气体的内能增加
C. 气体的分子平均速率减小
D. 气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变
答案：
解析：从图像中的图线看，气体状态由变到为等容升压，根据查理定律，一定质量的气体，当体积不变时，压强跟热力学温度成正比，所以压强增大，温度升高，项错误；一定质量的理想气体的内能仅由温度决定，所以气体的温度升高，内能增加，项正确；气体的温度升高，分子平均速率增大，项错误；气体体积不变，温度升高压强增大，则气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数增加，项错误。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)中小学教育资源及组卷应用平台
高中物理选择性必修三素养提升学案
第二章 气体、固体和液体
2.3 气体的等压变化和等容变化（第二课时）
一、新课标要求
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 .能用分子动理论解释三个气体实验定律。
二、科学素养要求
1.物理观念：知道理想气体的概念，知道气体实验定律的微观解释。
2.科学思维：理解理想气体的状态方程并能利用其解决实际问题。
3.科学探究：理解并会推导理想气体状态方程，养成推理论证严谨、细致的习惯，在解释气体实验定律中提高分析能力。
4.科学态度与责任：通过对定律的理解及应用，学会探索科学规律的方法，坚持实事求是的科学态度，培养学习科学的兴趣。
三、教材研习
探究点一、理想气体的状态方程
情境探究
1.电视上同学们或许看到过有人乘坐热气球在蓝天翱翔的画面，其中的燃烧器时而喷出熊熊烈焰，巨大的气球缓慢上升。如果有朝一日你乘坐热气球在蓝天旅行探险，那将是一件有趣而刺激的事情。热气球为什么能升空？请探究其中的原理。
答案：以热气球及其中所含空气整体为研究对象，受重力及周围空气的浮力作用，当燃烧器喷出火焰时，将气球内空气加热，温度升高，但气体压强始终等于外界大气压强，可认为是不变的。由理想气体的状态方程知，一定，增大，则增大，于是气球内热空气体积膨胀，从下面漏出，使气球内所含空气的质量减小，热气球整体的重力减小，当空气的浮力大于重力时，热气球便会上升。
探究归纳
1.理想气体
（1）定义：为了研究方便，可以设想一种气体，在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把这样的气体叫作理想气体。
（2）特点
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可以忽略不计，分子可视为质点。
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，理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，一定质量的理想气体内能只与温度有关。
2.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）公式中常量仅由气体的种类和质量决定，与状态参量无关。
（4）方程应用时单位方面：温度必须是热力学温度，公式中压强和体积单位必须统一，但不一定是国际单位制中的单位。
3.理想气体状态方程与气体实验定律
由此可见，三个气体实验定律是理想气体状态方程的特例。
4.理想气体状态变化的图像
一定质量的理想气体的状态参量、、可以用图像上的点表示出来，用点到点之间的连线表示气体从一个平衡态（与点对应）到另一个平衡态的变化过程。利用图像对气体状态、状态变化及规律进行分析是常用的方法。
利用垂直于坐标轴的辅助线去分析同质量，不同温度的两条等温线、不同体积的两条等容线、不同压强的两条等压线的关系。
如图甲所示，虚线为等容线，、是与两条等温线的交点，可以认为从状态通过等容升压到状态，温度必然升高，所以。
又如图乙所示，虚线为等温线，从状态到状态压强增大，体积一定减小，所以。
探究应用
【典例】 如图所示，一粗细均匀的形管竖直放置，侧上端封闭，侧上端与大气相通，下端开口处开关关闭，侧空气柱的长度为，温度为；侧水银面比侧的高。已知大气压强。为了使、两侧的水银面等高，可以用以下两种方法：
（1）开关关闭的情况，改变侧气体的温度，使、两侧的水银面等高，求此时侧气体温度；
（2）在温度不变的条件下，将开关打开，从形管中放出部分水银，使、两侧的水银面等高，再闭合开关。求形管中放出水银的长度。（结果保留一位小数）
，、、三点表示一定质量理想气体的三个状态，则气体在、、三个状态的热力学温度之比是( )
A.
B.
C.
D.
、气体实验定律的微观解释
知识深化
1.玻意耳定律
（1）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。
（2）微观解释：温度不变，分子的平均动能是一定的。体积减小，分子的数密度增大，单位时间、单位面积上碰撞器壁的分子数增多，气体的压强就增大，如图所示。
2.盖-吕萨克定律
（1）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。
（2）微观解释：温度升高，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变，如图所示。
3.查理定律
（1）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。
（2）微观解释：体积不变，分子的数密度保持不变，温度升高，分子的平均动能增大，气体的压强就增大，如图所示。
题组过关
1. 关于一定质量的理想气体，下列说法正确的是( )
A. 当分子热运动变剧烈且分子平均间距变大时，气体压强一定变大
B. 在完全失重的情况下，气体对容器壁的压强为零
C. 一定质量的理想气体压强增大，其分子的平均动能一定增加
D. 气体在等压膨胀过程中，温度、内能一定变大
的温度下，一定质量的气体体积减小时，气体的压强增大，这是由于( )
A. 单位体积内的分子数增多，单位时间内、单位面积上分子对器壁碰撞的次数增多
B. 气体分子的数密度变大，分子对器壁的吸引力变大
C. 每个气体分子对器壁的撞击力都变大
D. 气体密度增大，单位体积内分子质量变大
.如图所示，一定质量的理想气体由状态沿平行纵轴的直线变化到状态，则对它的状态变化过程，下列说法正确的是( )
A. 气体的温度不变
B. 气体的内能增加
C. 气体的分子平均速率减小
D. 气体分子在单位时间内与器壁单位面积上碰撞的次数不变
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
HYPERLINK "http://21世纪教育网(www.21cnjy.com)
" 21世纪教育网(www.21cnjy.com)
