人教版高中物理选择性必修第三册第二章气体、固体和液体第3节第2课时理想气体气体实验定律的微观解释课件（45页PPT）

(共45张PPT)
[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。
1.理想气体：在____温度、____压强下都遵从气体实验定律的气体。
2.理想气体与实际气体
实际气体在温度不低于_______________、压强不超过____________时，可以当成理想气体来处理。
3.从微观的角度看，理想气体的特点
(1)气体分子__________与分子间距离相比忽略不计。
(2)气体分子间的__________忽略不计。
(3)气体分子与器壁碰撞的________忽略不计。
4.理想气体是对实际气体的一种科学抽象，是一种理想化模型，实际并不存在。
任何
任何
零下几十摄氏度
大气压的几倍
本身的大小
相互作用力
动能损失
[思考探究]
一定质量的理想气体的内能与什么因素有关？
提示　由于理想气体分子间的相互作用力忽略不计，因此不考虑分子势能，所以一定质量的理想气体的内能只与温度有关。
[例1]　(多选)关于理想气体的性质，下列说法正确的是(　　)
A.理想气体是一种假想的物理模型，实际并不存在
B.理想气体的存在是一种人为规定，它是一种严格遵守气体实验定律的气体
C.一定质量的理想气体，内能增大，其温度一定升高
D.氦气是液化温度最低的气体，任何情况下均可当作理想气体
解析　理想气体是物理学上为了简化问题而引入的一个理想化模型，在现实生活中不存在；严格遵从气体实验定律的气体是理想气体，实际中只要气体的压强不太大，温度不太低，都可以近似看成理想气体，A、B正确；温度是分子平均动能的标志，一定质量的理想气体忽略了分子势能，所以它的内能增大，分子平均动能增大，则温度一定升高，C正确；只有当压强不太大，温度不太低时，才可以将氦气当作理想气体，D错误。
ABC
1.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，压强p跟体积V的乘积与____________的比值保持不变。
质量
热力学温度T
公式中常量C仅由气体的____和____决定，与状态参量(p、V、T)无关。
(3)成立条件：一定____的理想气体。
种类
质量
质量
[思考探究]
在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。
[例2]　如图所示，汽缸竖直放置，汽缸内活塞的质量为m＝0.2 kg，横截面积S＝1 cm2。开始时，汽缸内被封闭气体的压强p1＝2×105 Pa，温度T1＝480 K，活塞到汽缸底部距离H1＝12 cm。拔出止动销钉K后，活塞无摩擦上滑，当它到达最大速度时，缸内气体的温度为300 K。设汽缸不漏气，求此时活塞距汽缸底部的距离H2(大气压强p0＝1.0×105 Pa)。
答案　12.5 cm
[例3]　如图所示，粗细均匀的、一端封闭一端开口的U形玻璃管，当t1＝31 ℃、大气压强p0＝1 atm(1 atm＝76 cmHg)时，两管水银面相平，这时左管被封闭气柱长l1＝8 cm，T＝t＋273 K。则：
(1)当温度t2等于多少时，左管气柱长l2为9 cm
(2)当温度达到(1)问中温度t2时，为使左管气柱长l3为8 cm，则应在右管再加多高的水银柱？
答案　(1)78 ℃　(2)11.75 cm
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，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度____，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就___，气体的压强就____。
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，分子的平均动能____；只有气体的体积同时____，使分子的数密度____，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，分子的数密度_________，在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能____，气体的压强就____。
增大
多
增大
增大
增大
减小
保持不变
增大
增大
[思考探究]
自行车的轮胎没气后会变瘪，用打气筒向里打气，打进去的气越多，轮胎会越“硬”。怎样从微观角度来解释这种现象(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)
提示　轮胎的容积不发生变化，随着气体不断地打入，轮胎内气体分子的数密度不断增大，温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化，单位时间内、单位面积上碰撞轮胎壁的分子数增多，故气体压强不断增大，轮胎会越来越“硬”。
[例4]　(多选)下面关于气体压强的说法正确的是(　　)
A.气体对器壁产生的压强是由于大量气体分子频繁碰撞器壁而产生的
B.气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力
C.从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关
D.从宏观角度看，气体压强的大小只跟气体的温度有关
解析　压强产生的根本原因为气体分子与容器壁发生碰撞，A正确；气体对器壁产生的压强等于作用在器壁单位面积上的平均作用力，B正确；从微观角度看，气体压强的大小跟气体分子的平均动能和分子密集程度有关，C正确；从宏观的角度看，一定质量的气体压强与温度和体积有关，D错误。
ABC
[例5]　(2025·江苏卷)一定质量的理想气体，体积保持不变。在甲、乙两个状态下，该气体分子速率分布图像如图所示。与状态甲相比，该气体在状态乙时(　　)
A.分子的数密度较大
B.分子间平均距离较小
C.分子的平均动能较大
D.单位时间内分子碰撞单位面积器壁的次数较少
C
解析　根据题意，一定质量的理想气体，甲、乙两
个状态下气体的体积相同，所以分子数密度相同、分子的平均距离相同，故A、B错误；根据题图可知，乙状态下气体速率大的分子占比较多，则乙状态下气体温度较高，则平均动能较大，故C正确；乙状态下气体平均速率大，密度相等，则单位时间内撞击容器壁次数较多，故D错误。
1.(理想气体)(多选)关于理想气体的认识，下列说法正确的是(　　)
A.它是一种能够在任何条件下都能严格遵守气体实验定律的气体
B.它是一种从实际气体中忽略次要因素，简化抽象出来的理想模型
C.一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关
D.被压缩的气体，不能视为理想气体
解析　理想气体是从实际气体中忽略次要因素，抽象出来的一种理想模型，温度不太低、压强不太大的实际气体可视为理想气体；理想气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，选项A、B正确；一定质量的某种理想气体的内能只与温度有关，与体积无关，选项C错误；被压缩的气体，也可视为理想气体，D错误。
AB
2.(气体实验定律的微观解释)如图所示，一定质量的理想气体，从状态A经等温变化到状态B，再经等容变化到状态C，A、C压强相等，则下列说法正确的是(　　)
A.从A到B气体分子平均动能增加
B.从B到C气体分子平均动能不变
C.A、C状态气体压强相等的原因是分子撞击器壁的平均作用力相等
D.从A到B过程气体压强变小的原因是分子的密集程度减小
D
3.(图像的理解)(多选)如图所示，表示一定质量的理想气体沿途径a→b→c→d→a 发生状态变化的过程，则该气体压强的变化情况是(　　)
A.从状态c到状态d，压强减小
B.从状态d到状态a，压强增大
C.从状态a到状态b，压强增大
D.从状态b到状态c，压强不变
AC
4.(理想气体的状态方程及其应用)内径均匀的L形直角细玻璃管，一端封闭，一端开口竖直向上，用水银柱将一定质量的空气封存在封闭端内，空气柱长4 cm，水银柱高58 cm，进入封闭端长2 cm，如图所示。已知温度是87 ℃，大气压强为75 cmHg，T＝t＋273 K。求：
(1)在如图所示位置空气柱的压强p1；
(2)在如图所示位置，要使空气柱的长度变为3 cm，温度必须降低到多少摄氏度？
答案　(1)133 cmHg　(2)－5 ℃
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[基础巩固练]
1.(多选)关于理想气体，下面说法正确的是(　　)
A.理想气体是严格遵从气体实验定律的气体模型
B.理想气体的分子大小可以忽略不计
C.理想气体是一种理想模型，没有实际意义
D.实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体
解析　理想气体是物理学上的一个理想化模型，虽然在现实生活中不存在，但仍有实际意义；在任何条件下都遵守三个气体实验定律的气体，叫作理想气体，故A正确，C错误；理想气体的分子大小可以忽略不计，故B正确；实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体，故D正确。
ABD
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2.(多选)对于一定质量的理想气体，下列说法正确的是(　　)
A.当气体温度变化时，气体内能一定变化
B.若气体的内能不变，其状态也一定不变
C.若气体的压强和体积都不变，其内能也一定不变
D.若气体的温度随时间不断升高，其压强也一定不断增大
AC
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3.(2025·河北邯郸期中)如图所示，一端封闭的玻璃管用一定量的水银封闭一定质量的理想气体，玻璃管沿竖直方向放置且管口朝下，假设玻璃管足够长，环境的温度始终保持不变。则下列说法正确的是(　　)
D
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A.当玻璃管自由下落时，封闭气体的压强不变
B.当玻璃管自由下落时，水银柱相对玻璃管位置向下移动
C.如果将玻璃管沿逆时针方向转过一个小角度，封闭气体的压强减小
D.如果将玻璃管沿顺时针方向转过一个小角度，水银柱相对玻璃管位置上移
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4.(2025·江苏盐城期末)密闭的容器中一定质量的理想气体经过一系列过程，如图所示。下列说法正确的是(　　)
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A.a→b过程中，气体分子的平均动能增大
B.b→c过程中，气体压强不变，体积增大
C.c→a过程中，单位体积分子数增大
D.c→a过程中，器壁在单位面积上、单位时间内所受气体分子碰撞的次数增多
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解析　a→b过程中，温度不变，所以气体分子的平均动能不变，A错误；b→c过程中，气体压强不变，温度降低，根据＝C可知，体积减小，B错误；c→a过程中，根据＝C可知，气体体积不变，而气体的总数不变，所以单位体积分子数不变，由于压强变大，温度升高，分子热运动剧烈，器壁在单位面积上、单位时间内所受气体分子碰撞的次数增多，C错误，D正确。
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5.(2025·北京丰台期中)封闭在汽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(　　)
A.气体的密度增大
B.气体的压强不变
C.气体分子的平均动能减小
D.气体分子每秒撞击单位面积器壁的数目增多
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6.如图为一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C的V－T图像。已知气体在状态A时的压强是1.5×105 Pa。关于气体的状态，下列说法正确的是(　　)
C
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A.从状态A到状态B，气体的压强增大 B.气体在状态C的压强为1.0×105 Pa
C.气体在状态C的压强为2.0×105 Pa D.从状态A到状态B，气体的压强减小
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[能力提升练]
7.(多选)质量为M、半径为R的圆柱形汽缸(上端有卡扣)用活塞封闭一定质量的理想气体，如图甲所示，活塞用细线连接并悬挂在足够高的天花板上。初始时封闭气体的热力学温度为T0，活塞与容器上、下部的距离分别为h和2h，现让封闭气体的温度缓慢升高，气体从初始状态A经状态B到达状态C，其p－V图像如图乙所示，已知外界大气压强恒为p0，点O、A、C共线，活塞气密性良好，重力加速度大小为g。则理想气体在状态(　　)
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8.(2025·重庆沙坪坝期末)如图所示，一定质量的理想气体由状态A经状态B变到状态C。图中纵轴表示气体体积，横轴表示气体的热力学温度，T0、V0为已知量。求：
(1)状态A的温度TA ；
(2)若状态A的压强为p0，则状态C的压强为多大？
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9.(2025·湖南邵阳期末)如图所示，粗细均匀的U形玻璃管，左侧管开口向上，右侧管口封闭，两管口上端齐平，管内用水银封闭了一段气体，右管中封闭气柱高h1＝10 cm，左右液面高度差Δh＝4 cm，右管中水银柱的长度大于6 cm，设大气压强等于76 cmHg，环境温度为27 ℃，T＝t＋273 K。
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(1)若对封闭气体缓慢降温，使左管中水银与右管中水银液面对齐，求气体最终的温度；
(2)若对封闭气体缓慢升温，使左管中水银刚好不溢出管口，求气体最终的温度。
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