人教版(新教材)高中物理選擇性必修3學(xué)案1：第2課時 理想氣體、氣體實驗定律的微觀解釋

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第三冊PAGE1-第2課時理想氣體、氣體實驗定律的微觀解釋〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1、知道什么是理想氣體；2、掌握理想氣體狀態(tài)方程的內(nèi)容、表達式；3、學(xué)會應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解決實際問題；4、能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律?！贾R梳理〗一、理想氣體1．理想氣體在任何溫度、任何壓強下都遵從的氣體。2．理想氣體與實際氣體在不低于零下幾十?dāng)z氏度、不超過大氣壓的幾倍的條件下，把實際氣體看成理想氣體來處理。3．理想氣體的狀態(tài)方程(1)內(nèi)容一定質(zhì)量的某種理想氣體，在從某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)時，盡管壓強p、體積V、溫度T都可能改變，但是的乘積與之比保持不變。(2)表達式①；②。(3)成立條件一定質(zhì)量的理想氣體。說明：理想氣體是一種理想化模型，是對實際氣體的科學(xué)抽象。題目中無特別說明時，一般都可將實際氣體當(dāng)成理想氣體來處理。二、對氣體實驗定律的微觀解釋用分子動理論可以定性解釋氣體的實驗定律。1．玻意耳定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是的。在這種情況下，體積減小時，分子的增大，單位時間內(nèi)，單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強就。這就是玻意耳定律的微觀解釋。2．蓋—呂薩克定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高時，分子的增大；只有氣體的同時增大，使分子的減小，才能保持壓強不變。這就是蓋—呂薩克定律的微觀解釋。3．查理定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的保持不變。在這種情況下，溫度升高時，分子的增大，氣體的就增大。這就是查理定律的微觀解釋?！贾R探究〗1.理想氣體的狀態(tài)方程問題1：在電視上同學(xué)們或許看到過有人乘坐熱氣球在藍天翱翔的畫面，其中的燃燒器時而噴出熊熊烈焰，巨大的氣球緩慢上升。如果有朝一日你乘坐熱氣球在藍天旅行探險，那將是一件有趣而刺激的事情。熱氣球為什么能升空？請?zhí)骄科渲械脑怼ＶR總結(jié)11.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(T1＝T2時，p1V1＝p2V2(玻意耳定律),V1＝V2時，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)(查理定律),p1＝p2時，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)(蓋—呂薩克定律)))由此可見，三個氣體實驗定律是理想氣體狀態(tài)方程的特例。2.理想氣體狀態(tài)變化的圖像一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)參量p、V、T可以用圖像上的點表示出來，用點到點之間的連線表示氣體從一個平衡態(tài)(與點對應(yīng))到另一個平衡態(tài)的變化過程。利用圖像對氣體狀態(tài)、狀態(tài)變化及規(guī)律進行分析，是常用的方法。(1)利用垂直于坐標(biāo)軸的線作輔助線去分析同質(zhì)量、不同溫度的兩條等溫線，不同體積的兩條等容線，不同壓強的兩條等壓線的關(guān)系。例如：如圖甲所示，V1對應(yīng)的虛線為等容線，A、B是與T1、T2兩線的交點，可以認(rèn)為從B狀態(tài)通過等容升壓到A狀態(tài)，溫度必然升高，所以T2>T1。甲又如圖乙所示，T1對應(yīng)的虛線AB為等溫線，從B狀態(tài)到A狀態(tài)壓強增大，體積一定減小，所以V2<V1。乙(2)一定質(zhì)量理想氣體的圖像①等溫變化a.T一定時，在p-V圖像中，等溫線是一簇雙曲線，圖像離坐標(biāo)軸越遠，溫度越高，如圖甲所示，T2>T1。甲乙b.T一定時，在p-eq\f(1,V)圖像中，等溫線是延長線過坐標(biāo)原點的直線，直線的斜率越大，溫度越高，如圖乙所示。②等壓變化a.p一定時，在V-T圖像中，等壓線是一簇延長線過坐標(biāo)原點的直線，直線的斜率越大，壓強越小，如圖甲所示。甲乙b.p一定時，在V-t圖像中，等壓線與t軸的交點總是－273.15℃，是一條傾斜的直線，縱截距表示0℃時氣體的體積，如圖乙所示。③等容變化a.V一定時，在p-T圖像中，等容線為一簇延長線過坐標(biāo)原點的直線，直線的斜率越小，體積越大，如圖甲所示。甲乙b.V一定時，在p-t圖像中，等容線與t軸的交點是－273.15℃，是一條傾斜的直線，縱截距表示氣體在0℃時的壓強，如圖乙所示?！祭?〗一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中的p-T圖像如圖所示，在A狀態(tài)時的體積為V0，試畫出對應(yīng)的V-T圖像和p-V圖像(標(biāo)注字母和箭頭)?！祭?〗一個半徑為0.1cm的氣泡，從18m深的湖底上升。如果湖底水的溫度是8℃，湖面的溫度是24℃，湖面的大氣壓強相當(dāng)于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強，即101kPa，那么氣泡升至湖面時體積是多少？(ρ水＝1.0g/cm3，g取9.8m/s2。)2.氣體實驗定律的微觀解釋問題探究2：中央電視臺在《科技之光》欄目中曾播放過這樣一個節(jié)目：把液氮倒入飲料瓶中，馬上蓋上瓶蓋并擰緊，人立刻撤離現(xiàn)場，一會兒飲料瓶爆炸，你能解釋一下原因嗎？知識總結(jié)21．玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大；體積增大，壓強減小。(2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動能不變。體積越小，分子的數(shù)密度越大，單位時間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強就越大，如圖所示。體積大體積小2．蓋一呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在壓強不變時，溫度升高，體積增大，溫度降低，體積減小。(2)微觀解釋：溫度升高，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需影響壓強的另一個因素，即分子的數(shù)密度減小，所以氣體的體積增大，如圖所示。3．查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在體積保持不變時，溫度升高，壓強增大；溫度降低，壓強減小。(2)微觀解釋：體積不變，則分子的數(shù)密度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁單位面積的作用力變大，所以氣體的壓強增大，如圖所示?！祭?〗(多選)對于一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)它的壓強和體積發(fā)生變化時，以下說法正確的是()A．壓強和體積都增大時，其分子平均動能不可能不變B．壓強和體積都增大時，其分子平均動能有可能減小C．壓強和體積都增大時，其分子的平均動能一定增大D．壓強增大，體積減小時，其分子平均動能一定不變隨堂練習(xí)1．如圖所示為0.3mol的某種氣體的壓強和溫度關(guān)系的p-t圖線，p0表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則在狀態(tài)B時氣體的體積為()A．5.6LB．3.2LC．1.2LD．8.4L2．如圖所示，a、b、c三點表示一定質(zhì)量理想氣體的三個狀態(tài)，則氣體在a、b、c三個狀態(tài)的熱力學(xué)溫度之比是()A．1∶1∶1B．1∶2∶1C．3∶4∶3D．1∶2∶33.在一定的溫度下，—定質(zhì)量的氣體體積減小時，氣體的壓強增大，這是由于()A．單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時間內(nèi)分子對器壁碰撞的次數(shù)增多B．氣體分子的數(shù)密度變大，分子對器壁的吸引力變大C．每個氣體分子對器壁的平均撞擊力都變大D．氣體密度增大，單位體積內(nèi)分子重量變大4．房間的容積為20m3，在溫度為7℃、大氣壓強為9.8×104Pa時，室內(nèi)空氣質(zhì)量是25kg。當(dāng)溫度升高到27℃，大氣壓強變?yōu)?.0×105Pa時，室內(nèi)空氣的質(zhì)量是多少？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁一、1．氣體實驗定律2．溫度、壓強3．(1)壓強p跟體積V、熱力學(xué)溫度T(2)①eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)；②eq\f(pV,T)＝C。二、1．一定、數(shù)密度、增大2．平均動能、體積、數(shù)密度3．?dāng)?shù)密度、平均動能、壓強問題探究1：〖提*示〗：以熱氣球及其中所含空氣整體為研究對象，受重力及周圍空氣的浮力作用，當(dāng)燃燒器噴出火焰時，將氣球內(nèi)空氣加熱，溫度升高，但氣體壓強始終等于外界大氣壓強，可認(rèn)為是不變的。由狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝恒量知，p一定，T增大，則V增大，于是氣球內(nèi)熱空氣體積膨脹，從下面漏出，使氣球內(nèi)所含空氣的質(zhì)量減小，熱氣球整體的重力減小，當(dāng)空氣的浮力大于重力時，熱氣球便會上升。〖例1〗〖〖解析〗〗根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有eq\f(p0V0,T0)＝eq\f((3p0)VB,T0)＝eq\f((3p0)VC,T0)，解得VB＝eq\f(1,3)V0，VC＝V0A到B是等溫變化，B到C是等壓變化，C到A是等容變化，作出對應(yīng)的V-T圖像和p-V圖像如圖所示。甲乙〖例2〗0.012cm3〖〖解析〗〗由題意可知18m深處氣泡體積V1＝eq\f(4,3)πr3≈4.19×10－3cmp1＝p0＋ρ水gh水＝277.4kPaT1＝(273＋8)K＝281Kp2＝101kPaT2＝(273＋24)K＝297K根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，得V2＝eq\f(p1V1T2,p2T1)＝eq\f(277.4×4.19×10－3×297,101×281)cm3≈0.012cm3。問題探究2：〖提*示〗：液氮吸熱汽化，分子運動加快，飲料瓶內(nèi)氣體壓強迅速增大，當(dāng)大于瓶壁承受的壓強時，飲料瓶爆炸?！祭?〗AC〖對于一定質(zhì)量的氣體，壓強和體積都增大時，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C，溫度一定升高，故分子熱運動的平均動能一定增加，A、C正確，B錯誤；對于一定質(zhì)量的氣體，壓強增大，體積減小時，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程知溫度可能會改變，則平均動能可能改變，D錯誤?！诫S堂練習(xí)1．D〖此氣體在0℃時，壓強為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，所以它的體積應(yīng)為22.4×0.3L＝6.72L，根據(jù)圖線所示，從0℃到A狀態(tài)的127℃，氣體是等容變化，則A狀態(tài)的體積為6.72L。從A狀態(tài)到B狀態(tài)的等壓變化，A狀態(tài)的溫度為127K＋273K＝400K，B狀態(tài)的溫度為227K＋273K＝500K，根據(jù)蓋—呂薩克定律eq\f(VA,TA)＝eq\f(VB,TB)，VB＝eq\f(VATB,TA)＝eq\f(6.72×500,400)L＝8.4L，D項正確?！?．C〖根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，T∝pV，所以Ta∶Tb∶Tc＝(paVa)∶(pbVb)∶(pcVc)＝3∶4∶3，選項C正確?！?.A〖氣體的溫度不變，分子的平均動能不變，對器壁的平均撞擊力不變，C錯誤；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)目增多，所以氣體壓強增大，A正確；分子和器壁間無引力作用，B錯誤；單位體積內(nèi)氣體的質(zhì)量變大，不是壓強變大的原因，D錯誤?！?．23.8kg〖〖解析〗〗氣體初態(tài)：p1＝9.8×104Pa，V1＝20m3，T1＝280K末態(tài)：p2＝1.0×105Pa，V2＝？，T2＝300K由狀態(tài)方程：eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)解得V2＝eq\f(p1T2,p2T1)V1＝eq\f(9.8×104×300×20,1.0×105×280)m3＝21.0m3因V2＞V1，故有氣體從房間內(nèi)流出房間內(nèi)氣體質(zhì)量m2＝eq\f(V1,V2)m1＝eq\f(20,21)×25kg≈23.8kg。第2課時理想氣體、氣體實驗定律的微觀解釋〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1、知道什么是理想氣體；2、掌握理想氣體狀態(tài)方程的內(nèi)容、表達式；3、學(xué)會應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解決實際問題；4、能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律?！贾R梳理〗一、理想氣體1．理想氣體在任何溫度、任何壓強下都遵從的氣體。2．理想氣體與實際氣體在不低于零下幾十?dāng)z氏度、不超過大氣壓的幾倍的條件下，把實際氣體看成理想氣體來處理。3．理想氣體的狀態(tài)方程(1)內(nèi)容一定質(zhì)量的某種理想氣體，在從某一狀態(tài)變化到另一狀態(tài)時，盡管壓強p、體積V、溫度T都可能改變，但是的乘積與之比保持不變。(2)表達式①；②。(3)成立條件一定質(zhì)量的理想氣體。說明：理想氣體是一種理想化模型，是對實際氣體的科學(xué)抽象。題目中無特別說明時，一般都可將實際氣體當(dāng)成理想氣體來處理。二、對氣體實驗定律的微觀解釋用分子動理論可以定性解釋氣體的實驗定律。1．玻意耳定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度保持不變時，分子的平均動能是的。在這種情況下，體積減小時，分子的增大，單位時間內(nèi)，單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強就。這就是玻意耳定律的微觀解釋。2．蓋—呂薩克定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，溫度升高時，分子的增大；只有氣體的同時增大，使分子的減小，才能保持壓強不變。這就是蓋—呂薩克定律的微觀解釋。3．查理定律一定質(zhì)量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的保持不變。在這種情況下，溫度升高時，分子的增大，氣體的就增大。這就是查理定律的微觀解釋?！贾R探究〗1.理想氣體的狀態(tài)方程問題1：在電視上同學(xué)們或許看到過有人乘坐熱氣球在藍天翱翔的畫面，其中的燃燒器時而噴出熊熊烈焰，巨大的氣球緩慢上升。如果有朝一日你乘坐熱氣球在藍天旅行探險，那將是一件有趣而刺激的事情。熱氣球為什么能升空？請?zhí)骄科渲械脑?。知識總結(jié)11.理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(T1＝T2時，p1V1＝p2V2(玻意耳定律),V1＝V2時，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)(查理定律),p1＝p2時，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)(蓋—呂薩克定律)))由此可見，三個氣體實驗定律是理想氣體狀態(tài)方程的特例。2.理想氣體狀態(tài)變化的圖像一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)參量p、V、T可以用圖像上的點表示出來，用點到點之間的連線表示氣體從一個平衡態(tài)(與點對應(yīng))到另一個平衡態(tài)的變化過程。利用圖像對氣體狀態(tài)、狀態(tài)變化及規(guī)律進行分析，是常用的方法。(1)利用垂直于坐標(biāo)軸的線作輔助線去分析同質(zhì)量、不同溫度的兩條等溫線，不同體積的兩條等容線，不同壓強的兩條等壓線的關(guān)系。例如：如圖甲所示，V1對應(yīng)的虛線為等容線，A、B是與T1、T2兩線的交點，可以認(rèn)為從B狀態(tài)通過等容升壓到A狀態(tài)，溫度必然升高，所以T2>T1。甲又如圖乙所示，T1對應(yīng)的虛線AB為等溫線，從B狀態(tài)到A狀態(tài)壓強增大，體積一定減小，所以V2<V1。乙(2)一定質(zhì)量理想氣體的圖像①等溫變化a.T一定時，在p-V圖像中，等溫線是一簇雙曲線，圖像離坐標(biāo)軸越遠，溫度越高，如圖甲所示，T2>T1。甲乙b.T一定時，在p-eq\f(1,V)圖像中，等溫線是延長線過坐標(biāo)原點的直線，直線的斜率越大，溫度越高，如圖乙所示。②等壓變化a.p一定時，在V-T圖像中，等壓線是一簇延長線過坐標(biāo)原點的直線，直線的斜率越大，壓強越小，如圖甲所示。甲乙b.p一定時，在V-t圖像中，等壓線與t軸的交點總是－273.15℃，是一條傾斜的直線，縱截距表示0℃時氣體的體積，如圖乙所示。③等容變化a.V一定時，在p-T圖像中，等容線為一簇延長線過坐標(biāo)原點的直線，直線的斜率越小，體積越大，如圖甲所示。甲乙b.V一定時，在p-t圖像中，等容線與t軸的交點是－273.15℃，是一條傾斜的直線，縱截距表示氣體在0℃時的壓強，如圖乙所示?！祭?〗一定質(zhì)量的氣體，在狀態(tài)變化過程中的p-T圖像如圖所示，在A狀態(tài)時的體積為V0，試畫出對應(yīng)的V-T圖像和p-V圖像(標(biāo)注字母和箭頭)?！祭?〗一個半徑為0.1cm的氣泡，從18m深的湖底上升。如果湖底水的溫度是8℃，湖面的溫度是24℃，湖面的大氣壓強相當(dāng)于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強，即101kPa，那么氣泡升至湖面時體積是多少？(ρ水＝1.0g/cm3，g取9.8m/s2。)2.氣體實驗定律的微觀解釋問題探究2：中央電視臺在《科技之光》欄目中曾播放過這樣一個節(jié)目：把液氮倒入飲料瓶中，馬上蓋上瓶蓋并擰緊，人立刻撤離現(xiàn)場，一會兒飲料瓶爆炸，你能解釋一下原因嗎？知識總結(jié)21．玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大；體積增大，壓強減小。(2)微觀解釋：溫度不變，分子的平均動能不變。體積越小，分子的數(shù)密度越大，單位時間內(nèi)撞到單位面積器壁上的分子數(shù)就越多，氣體的壓強就越大，如圖所示。體積大體積小2．蓋一呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在壓強不變時，溫度升高，體積增大，溫度降低，體積減小。(2)微觀解釋：溫度升高，分子平均動能增大，撞擊器壁的作用力變大，而要使壓強不變，則需影響壓強的另一個因素，即分子的數(shù)密度減小，所以氣體的體積增大，如圖所示。3．查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的某種理想氣體，在體積保持不變時，溫度升高，壓強增大；溫度降低，壓強減小。(2)微觀解釋：體積不變，則分子的數(shù)密度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁單位面積的作用力變大，所以氣體的壓強增大，如圖所示。〖例3〗(多選)對于一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)它的壓強和體積發(fā)生變化時，以下說法正確的是()A．壓強和體積都增大時，其分子平均動能不可能不變B．壓強和體積都增大時，其分子平均動能有可能減小C．壓強和體積都增大時，其分子的平均動能一定增大D．壓強增大，體積減小時，其分子平均動能一定不變隨堂練習(xí)1．如圖所示為0.3mol的某種氣體的壓強和溫度關(guān)系的p-t圖線，p0表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，則在狀態(tài)B時氣體的體積為()A．5.6LB．3.2LC．1.2LD．8.4L2．如圖所示，a、b、c三點表示一定質(zhì)量理想氣體的三個狀態(tài)，則氣體在a、b、c三個狀態(tài)的熱力學(xué)溫度之比是()A．1∶1∶1B．1∶2∶1C．3∶4∶3D．1∶2∶33.在一定的溫度下，—定質(zhì)量的氣體體積減小時，氣體的壓強增大，這是由于()A．單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時間內(nèi)分子對器壁碰撞的次數(shù)增多B．氣體分子的數(shù)密度變大，分子對器壁的吸引力變大C．每個氣體分子對器壁的平均撞擊力都變大D．氣體密度增大，單位體積內(nèi)分子重量變大4．房間的容積為20m3，在溫度為7℃、大氣壓強為9.8×104Pa時，室內(nèi)空氣質(zhì)量是25kg。當(dāng)溫度升高到27℃，大氣壓強變?yōu)?.0×105Pa時，室內(nèi)空氣的質(zhì)量是多少？

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁一、1．氣體實驗定律2．溫度、壓強3．(1)壓強p跟體積V、熱力學(xué)溫度T(2)①eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)；②eq\f(pV,T)＝C。二、1．一定、數(shù)密度、增大2．平均動能、體積、數(shù)密度3．?dāng)?shù)密度、平均動能、壓強問題探究1：〖提*示〗：以熱氣球及其中所含空氣整體為研究對象，受重力及周圍空氣的浮力作用，當(dāng)燃燒器噴出火焰時，將氣球內(nèi)空氣加熱，溫度升高，但氣體壓強始終等于外界大氣壓強，可認(rèn)為是不變的。由狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝恒量知，p一定，T增大，則V增大，于是氣球內(nèi)熱空氣體積膨脹，從下面漏出，使氣球內(nèi)所含空氣的質(zhì)量減小，熱氣球整體的重力減小，當(dāng)空氣的浮力大于重力時，熱氣球便會上升。〖例1〗〖〖解析〗〗根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有eq\f(p0V0,T0)＝eq\f((3p0)VB,T0)＝eq\f((3p0)VC,T0)，解得VB＝eq\f(1,3)V0，VC＝V0A到B是等溫變化，B到C是等壓變化，C到A是等容變化，作出對應(yīng)的V-T圖像和p-V圖像如圖所示。甲乙〖例2〗0.012cm3〖〖解析〗〗由題意可知18m深處氣泡體積V1＝eq\f(4,3)πr3≈4.19×10－3cmp1＝p0＋ρ水gh水＝277.4kPaT1＝(273＋8)K＝281Kp2＝101kPaT2＝(273＋24)K＝297K根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，得V2＝eq\f(p1V1T2,p2T1)＝eq