高中物理人教版 (2019)选择性必修 第三册气体的等压变化和等容变化课文内容课件ppt

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知识点二　理想气体的状态方程
知识点三　气体实验定律的微观解释
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
3.理想气体的特点(1)理想气体严格遵从气体实验定律。(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可忽略不计,分子不占空间,可视为质点。它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。(3)理想气体分子除碰撞外,相互作用力忽略不计,也不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。(4)理想气体分子无分子势能的变化,内能等于所有分子热运动的动能之和,一定质量的理想气体内能只和温度有关。
例1 (多选)关于理想气体,下列说法正确的是(　 )A.理想气体是一种理想化模型,生活中不存在B.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C.理想气体不是在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律D.理想气体是指气体分子大小和作用力可以忽略不计的气体
解析　当气体分子大小和作用力可以忽略不计,也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失时,这样的气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律,我们把它叫作理想气体。理想气体是一种理想化模型,但是在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时,可以把实际气体当成理想气体来处理,故A、B、D正确。
如图所示,设一定质量的某种理想气体从状态A到B经历了一个等温过程,又从状态B到C经历了一个等容过程,推导状态A的三个参量pA、VA、TA和状态C的三个参量pC、VC、TC之间的关系。
3.气体实验定律是理想气体状态方程的特例
例2 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,进入封闭端的水银柱长2 cm,如图所示,已知环境温度是87 ℃,大气压强为75 cmHg,求:
(1)在如图所示位置空气柱的压强p1;解析　根据题意,封闭气体的压强为p1=p0+ph=(75+58) cmHg=133 cmHg。答案　133 cmHg
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,注意方程中各量的单位。温度必须是热力学温度T,公式两边的压强p和体积V单位必须统一,但不一定是国际单位制中的单位。(4)必要时讨论结果的合理性。
训练1 如图所示,柱形汽缸固定在水平地面上,汽缸内用轻质活塞封闭一定质量的理想气体,活塞能沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气。劲度系数为k=10 N/cm的轻弹簧一端与活塞相连,另一端固定在汽缸底部。活塞静止时到汽缸底部的距离为100 cm,气体温度为27 ℃,此时弹簧的压缩量为x1=20 cm。已知活塞的横截面积为S=100 cm2,大气压强为p0=1×105 Pa,弹簧体积不计。
(1)求缸内气体的压强;(2)若缓慢对缸内气体加热直到弹簧的伸长量为x2=20 cm,求此时气体的摄氏温度。答案　(1)8×104 Pa　(2)357 ℃
解析　(1)活塞的横截面积为S=100 cm2=0.01 m2,此时弹簧的弹力为F=kx1=200 N设缸内气体的压强为p1,对活塞由平衡条件得p0S=F+p1S解得p1=8×104 Pa。(2)初状态,汽缸内的气体体积为V1=Sl,l=100 cm气体温度为T1=(273+27) K=300 K若缓慢对缸内气体加热直到弹簧的伸长量为x2=20 cm,则有汽缸内的气体体积为V2=S(l+x1+x2),x1=x2=20 cm
1.玻意耳定律的微观解释一定质量的某种理想气体,______ 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多,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增大,使分子的数密度减小,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,分子的数密度保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能______,气体的压强就______。
【思考】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3 (多选)两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种理想气体,已知容器中气体的压强不相同,则下列判断正确的是(　　)A.压强小的容器中气体的温度比较高B.压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少C.压强小的容器中气体分子的平均动能比较小D.压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大
解析　相同的容器分别装有等质量的同种气体,说明它们所含的分子总数相同,即分子数密度相同,B错误;压强不同,一定是因为两容器中气体分子平均动能不同造成的,压强小的容器中分子的平均动能一定较小,温度较低,故A错误,C正确;压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大,故D正确。
(1)宏观量温度的变化对应着微观量分子平均动能的变化;宏观量体积的变化对应着气体分子的数密度的变化。(2)压强的变化可能由两个因素引起,即分子热运动的平均动能和分子的数密度,可以根据气体变化情况选择相应的实验定律加以判断。
训练2 (2023·北京卷,1)夜间由于气温降低,汽车轮胎内的气体压强变小。与白天相比,夜间轮胎内的气体(　　)A.分子的平均动能更小B.单位体积内分子的个数更少C.所有分子的运动速率都更小D.分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更大
解析　夜间气温低,分子的平均动能更小,但不是所有分子的运动速率都更小,故A正确,C错误;由于汽车轮胎内的气体压强变低,轮胎会略微被压扁,则单位体积内分子的个数更多,分子对轮胎内壁单位面积的平均作用力更小,B、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从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化模型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,故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,故C错误;被压缩的气体,也可视为理想气体,故D错误。
2.(气体实验定律的微观解释)对一定质量的理想气体,下列说法正确的是(　　)A.体积不变,压强增大时,气体分子的平均动能一定增大B.温度不变,压强减小时,单位时间内撞击单位面积器壁的分子数增多C.压强不变,温度降低时,单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少D.温度升高,压强和体积可能都不变
解析　理想气体的质量一定,分子的总数是一定的,体积不变,分子的数密度不变,要使压强增大,分子的平均动能一定增大,A正确;当温度不变时,分子的平均动能不变,要使压强减小,则分子的数密度一定减小,即单位时间内撞击单位面积器壁的分子数减少,B错误;当温度降低时,分子的平均动能减小,要保证压强不变,则分子的数密度一定增大,单位时间内撞击单位面积器壁的气体分子数增多,C错误;温度升高,压强和体积至少有一个要发生变化,不可能都不变,D错误。
3.(理想气体的状态方程及应用)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,活塞到汽缸底部的距离H1=12 cm。拔出销钉K后,活塞无摩擦上滑,当它达到最大速度时,缸内气体的温度为300 K,求此时活塞距汽缸底部的距离H2(汽缸不漏气,大气压强p0=1.0×105 Pa,重力加速度g=10 m/s2)。
对点题组练题组一　理想气体及理想气体状态方程1.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是(　　)A.气体的体积、压强、温度可以都变化B.若气体的温度升高,则气体的压强一定增大C.若气体的温度升高,则气体的体积一定增大D.若气体的体积、压强发生变化,则温度一定发生变化
3.如图为伽利略设计的一种测温装置示意图,玻璃管的上端与导热良好的玻璃泡连通,下端插入水中,玻璃泡中封闭有一定量的空气。若玻璃管内水柱上升,则外界大气的变化可能是(　　)
A.温度降低,压强增大　B.温度升高,压强不变C.温度升高,压强减小　D.温度不变,压强减小
5.(2025·山东临沂高二期末)如图所示,一定质量的理想气体用质量为M的活塞封闭在容器中,活塞与容器间光滑接触,在图中三种稳定状态下的体积关系为V1