高三物理《理想气态的方程及气体分子动理论》教案

理想气态的方程及气体分子动理论

一、学习目标

1、知道什么是理想气体，能够由气体的实验定律推出理想气体状态方程。

2、掌握理想气体状态方程，并能用来分析计算有关问题。

3、知道理想气体状态方程的适用条件。

4、掌握克拉珀龙方程并能利用方程计算有关问题。

5、明确摩尔气体常量，R是一个热学的重要常数，其重要性与阿伏加德罗常数是一样的。

6、应用克拉珀龙方程解题时，由于R=8.31J/(mol· K)=0.082atm·L/（mol· K)。因此p、

V的单位必须与选用的R的单位相对应。

7、明确p-V, p-T, V-T图线的意义。

8、能够在相应的坐标中表达系统的变化过程。

二、重点难点及考点

1、这一节的内容重点在于能够知道用理想气体状态方程解决问题的基本思路和方法，并

能解决有关具体问题，还要注意到计算时要统一单位，难点在于用理想气体状态方程

解题时有时压强比较难找。

2、本节重点是克拉珀珑方程的应用，应用克拉珀龙方程可以解决很多气体问题，如果把

它学习好，对学生的学习气体这一节会有很大帮助，本节难点是对克拉珀龙方程的应用，但本节在高考中所占比例并不是特别大，因为这一节为现行教材中的新增长率加

内容。

3、本节重点是把气体的三个状态量用分子动理论来描述清楚，难点是用分子动理论解释

气体三定律，要从逻辑严谨的理相气体模型出发解释每个气体定律，本节在高考中涉

及的题目不多但出曾出现过。

三、例题分析

第一阶段

[例1]在密闭的容器里装有氧气100g,压强为10×106Pa，温度为37ºC，经一段时间后温度

降为27ºC，由于漏气，压强降为6.0×105Pa，求该容器的容积和漏掉气的质量。

思路分析：

本题研究的是变质量气体问题，由于容器的容积和气体种类（设氧气摩尔质量为M）仍未变，只是质量变为m2，再由克拉珀龙方程列出一个方程，联解两个方程，即可求得容器的容积和漏掉的氧气，抓住状态和过程分析是解题的关键。根据题意可得：

①②

方程①可得：

将V代入②可求：

所以漏掉的氧气质量△m=m1-m2=38g

答案：该容器的容积8.05×10-3m3，漏掉气的质量是38g，

[例2]一个横截面积为S=50cm2竖直放置的气缸，活塞的质量为80kg，活塞下面装有质量m=5g的NH3，现对NH3加热，当NH3的温度升高△T=100ºC时，求活塞上升的高度为多少？设大气压强为75cmHg，活塞与气缸无摩擦。

思路分析：本题研究的是定质量气体问题，首先确定定研究对象HN3,确认初态压强与末态压强相等，由于温度升高，NH3变化过程是等压膨胀，体积发生变化。由克拉珀龙方程可列两个状态下的方程，求出体积变化。再由体积变化和横截面积求出活塞上升的高度。确认等压膨胀是解本题的关键。

根据题意：根据克拉珀龙方程得：

所以活塞上升高度

代入数据时采用国际单位制，可求H=0.19m，即19cm。

答案：活塞上升的高度为19cm。

[例3]某容器内装有氮气，当温度为273ºC时，其压强为2×10-10Pa，试估算容器中1cm3气体中的分子数和分子间的平均距离。

解释：估算在非标准状态下，气体的分子密度和分子间的平均距离，可依据在标准状况下的分子密度，

[例4]一定质量的理想气体处于某一初始状态，若要使它经历两个状态变化过程，压强仍回到初始的数

值，则下列过程可以实现的有：（）

A、先等容降温，再等温压缩

B、先等容降温，再等温膨胀

C、先等容升温，再等温膨胀

D、先等温膨胀，再等容升温

解释：由于一定质量的理想气体，可先设一初态p0、V0、T0，再根据项中各量的变化，看是否可回到p0，也可借助图像，从图象上直观地看出选项是否符合题意。

[例5]大量气体分子做无规则运动，速率有的大，有的小，当气体温度由某一较低温度升高到某一较高温度时，关于分子速率的说法正确的是（）

A、温度升高时，每一个气体分子的速率均增加。

B、在不同速率范围内，分子数的分布是均匀的。

C、气体分子的速率分布不再呈“中间多，两头少”的分布规律。

D、气体分子的速率分布仍然呈“中间多，两头少”的分布规律。

思路分析：气体的分子做无规则的热运动，分子以不同的速率沿着各个方向运动，一个分子在某一时刻的速度是有怎样的大小和方向，完全是偶然的，我们不可能去跟踪每个分子的运动，也没有必要知道每个分子在某一时刻的速度，气体的大多数分子，速率都在某个数值附近，表现出“中间多，两头少”的分布规律。温度升高时，速率小的分子数减少，速率大的分子数增加，分子的平均速率增大，仍然呈“中间多，两头少”的分布规律。

答案： D

[例6]对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（）

A、压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大。

B、压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大。

C、压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大。

D、压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大。

思路分析：解题的关键在于掌握温度是分子平均动能的标志，根据气体状态方程

恒量可知，当增大、V也增大时，T一定增大，分子的平均动能也一定增大，故A项是正确的；当p减小，V也减小时，T一定减小，分子的平均动能一定也减小，故选项B错误；当p增大、V减小或p减小、V增大时，T不一定增大，分子的平均动能的变化情况无法判断故选项C、D错误。

答案： A

第三阶段

[例7]贮气筒的容积为100L，贮有温度为27ºC，压强为30atm的氢气，使用后温度降为20ºC，压强降为20个大气压，求用掉的氢气质量。

解释：方法一：选取筒内原有的全部氢气为研究对象，且没有用掉的氢气包含在末状态中，可求出用掉的氢气的体积，再取用掉的氢气为对象，同标准状态相比较，求出用掉氢气的质量，方法二：对使用前、后筒内的氢气用克拉珀方程，并可比较这两种方法的繁简程度。

[例8]如果使一个普通居室的室温升高一些，则室中空气的压强（设室外的大气压强不变）：（）

A、一定增大

B、一定减小

C、保持不变

D、一定会发生变化。

答案：C

[例9]一定质量的理想气体被一绝热气缸的活塞封在气缸内，气体的压强为p0。如果外界突然用力压活塞，使气体的体积缩小为原来的一半，则此时压强p的大小为：（）

A、p<2p0

B、p=2p0

C、p>2p0

D、无法判断

思路分析：气体被绝热压缩，其内能将会变大，相应的气体的温度会升高，所以绝热压缩的终状态的压强比几情况下等温压缩和终状态的压强大。