高中物理选择性必修三 同步学案 2.3.2 气体的等压变化和等容变化

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2.3.2 气体的等压变化和等容变化
一、自主学习
（一）理想气体
1.在_______温度、_______压强下都符合气体实验定律的气体。
2.理想气体与实际气体
(1)实际气体在温度不低于______________度、压强不超过______________时，可以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。
（二）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体积同时增大，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。
二、课堂探究
[情景设问]1L几种常见实际气体保持0°C不变时，在不同压强下经实验测出的PV乘积值，你有什么发现？
结论1：在压强为______Pa至______Pa之间时，实验结果与玻意耳定律计算值近似相等，当压强为1.013×108Pa时，玻意耳定律就完全不适用了。
[讨论]三大气体实验定律的适用范围是什么？
（一）理想气体
结论2：设想有这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵从气体实验定律，我们把这样的气体叫做“____________”。
[讨论]理想气体有哪些特点？
结论3：
①严格遵守____________定律；
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______；
③理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力。
[思考]使用理想气体这一概念时，有哪些注意事项呢？
结论4：
理想气体是为了研究问题方便而提出的一种______模型，是实际气体的一种近似，实际上并不存在，就像力学中的质点、电学中的点电荷模型一样。
从宏观上讲，实际气体在压强不太______（不超过大气压的几倍） 、温度不太______（不低于零下几十摄氏度）的条件下，可视为理想气体。
[情景设问]如图所示，一定质量的某种理想气体，分别用pA、VA、TA和pB、VB、TB以及pC、VC、TC表示气体在A、B、C三个状态的状态参量。那么A、C状态的状态参量间有何关系呢？
从A→B为等容变化：由查理定律PB/TB=PA/TA
从B→C为等压变化：由玻意耳定律PCVC=PBVB
解得：PAVA/TA=PCVC/TC
结论5：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，尽管其压强p、体积V和温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值却保持不变，也就是说______，该方程称为__________________。
推论：根据气体的密度ρ=m/V,可得气体的密度公式P1/T1ρ1=P2/T2ρ2。
[讨论]理想气体状态方程与三个气体实验定律有什么关系？
结论6：
理想气体状态方程 三种情况
p1V1/T1=p2V2/T2 T1=T2 p1V1=p2V2（玻意耳定律）
V1=V2 p1/T1=p2/T2（查理定律）
p1=p2 V1/T1=V2/T2（盖·吕萨克定律）
三个气体实验定律是理想气体状态方程的_________。
[应用]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。
对于左侧气体:
初状态:p1=20 cmHg,l1=24 cm,T=240 K
末状态:l1'=l1+Δh,p1'未知
其中Δh=1 cm
根据理想气体状态方程,
对于右侧气体:
初状态:p2=12 cmHg,l2=16 cm,T=240 K
末状态:p2'=p1'-10 cmHg,l2'=l2-Δh,T'待求
根据理想气体状态方程:
联立可得:T'=375 K。
答案：375 K
（二）气体实验定律的微观解释
[思考与讨论]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”。你怎样用分子动理论的观点来解释这种现象?(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)
玻意耳定律：
结论6：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,分子的平均动能不变。体积越小,分子越______,单位时间内撞到单位面积器壁上的分子数就越______,气体的压强就越大。
查理定律
结论7：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,则分子的数密度不变,温度升高,分子______增大,分子撞击器壁的作用力变______,所以气体的压强增大。
盖—吕萨克定律
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______,分子____________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______增大。
[讨论]试总结比较三大气体实验定律
定律 查理定律 盖—吕萨克定律 玻意耳定律
表达式 p1/T1=p2/T2 V1/T1=V2/T2 p1V1=p2V2
成立条件 气体的质量一定,____不变 气体的质量一定,____不变 气体的质量一定,____不变
三、典题精讲
【例题1】容器内一定质量的理想气体，在温度保持不变的条件下，若气体体积减小，则（　　）
A．气体分子热运动的平均动能增大
B．气体分子对器壁撞击的密集程度变大
C．气体中每个分子对器壁的撞击的作用力都变大
D．气体需要从外界吸收热量
【例题2】如图，一定质量的气体从状态A沿直线变化到状态B的过程中，其温度（　　）
A．保持不变
B．逐渐升高
C．逐渐降低
D．先升高后降低
核心素养专练
1.关于理想气体，正确说法是（　　）
A．只有当温度很低时，实际气体才可当作理想气体
B．只有压强很大时，实际气体才可当作理想气体
C．在常温常压下，许多实际气体可当作理想气体
D．所有的实际气体在任何情况下，都可以当作理想气体
2．关于理想气体的性质，下列说法中不正确的是（　　）
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．氦是液化温度最低的气体，任何情况下均可当做理想气体
3．关于理想气体，下列说法正确的是（　　）
A．理想气体实际存在
B．压强极大的气体也遵从气体实验定律
C．温度极低的气体也是理想气体
D．理想气体是对实际气体的抽象化模型
4.如图所示，一个真空罐静止在光滑水平桌面上，假设罐周围空气不流动，罐的右侧突然出现一个小孔，此时（　　）
A．罐所受合力方向向右
B．罐所受合力方向向左
C．罐立刻获得向右的速度
D．罐立刻获得向左的速度
5.理想气体指不计气体分子间的作用力，因而理想气体无须考虑气体的分子势能，实际气体在常温常压下，其性质能很好地符合实验定律的结论，因而通常我们将实际气体视为理想气体，能近似视为理想气体应满足条件（　　）
A．温度不太高，压强不太大
B．温度不太高，压强不太低
C．温度不太低，压强不太低
D．温度不太低，压强不太高
6.下列选项中属于物理学中实物模型的是（　　）
A．分子 B．电场
C．电子 D．理想气体
7.气体能够充满它能达到的整个空间，这是因为（　　）
A．气体分子在做布朗运动
B．气体分子的动能都一样大
C．气体分子间的距离都一样大
D．气体分子间的作用力很弱，除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外，不受力而做匀速运动
8．一定质量的某种理想气体，温度升高时（　　）
A．内能一定增大
B．所有分子的动能均增大
C．分子热运动的平均动能可能不变
D．分子热运动的平均动能一定减小
9.气体的状态参量是指____________、____________、和____________对于一定质量的气体来说，这三个量都不变，我们就说气体处于____________状态。
10.在任何温度、任何压强下都遵从____________的气体叫做理想气体。事实上，玻意耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律等气体实验定律，都是在压强____________、温度____________的条件下总结出来的。当压强____________、温度____________时，由上述定律计算的结果与实验测量结果有很大的差别。实际气体在温度____________、压强____________时，可近似看做理想气体。
参考答案
自主学习
（一）任何 任何 零下几十摄氏 大气压的几倍
（二）平均动能 数密度 平均动能 数密度 数密度 平均动能
课堂探究
结论1：1.013×105 1.013×107
结论2：理想气体
结论3：气体实验 质点
结论4：理想 大 低
结论5：PV/T=C 理想气体状态方程
结论6：特例
结论7：结论密集 多
结论8：平均动能 大
结论9：升高 平均动能 体积
结论10：体积 压强 温度
典题精讲
【例题1】B
【例题2】C
核心素养专练
1.C
2.D
3.D
4.A
5.D
6.D
7.D
8.A
9.温度、体积、压强； 平衡
10.气体实验定律；不太大；不太低；很大；很低；不太低；不太大
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