新教材2023年高中物理第2章气体液体和固体第3节气体实验定律的微观解释课件粤教版选择性必修第三册

[解析] 由题意可知 18 m 深处气泡体积 V1＝43πr3≈4.19×10－3 cm3，
p1＝p0＋ρ 水 gh 水＝277.4 kPa， T1＝(273＋8)K＝281 K， p2＝101 kPa， T2＝(273＋24)K＝297 K，
根
据
理
想
气
体
的
状
态
方
程
p1V1 T1
＝
p2V2 T2
其他图像
名称
等 压 V-T 线
图像
特点
其他图像
V＝CpT，斜率 k＝Cp， 即斜率越大，对应的 压强越小
名称
等 压 V-t 线
图像
特点 V 与 t 成线性关系， 但不成正比，图线延 长线均过点(－273 ℃，0)，斜率越大， 对应的压强越小
其他图像
2．一般状态变化图像的处理方法 化“一般”为“特殊”，如图是一定质量的某种气体的状态变 化过程 A→B→C→A．在 V-T 图线上，等压线是一簇延长线过原点 的直线，过 A、B、C 三点作三条等压线分别表示三个等压过程，pA′ ＜pB′＜pC′，即 pA＜pB＜pC，所以 A→B 压强增大，温度降低，体积 减小，B→C 温度升高，体积减小，压强增大，C→A 温度降低，体 积增大，压强减小．
()
[答案] (1)× (2)√ (3)× (4)×
2．(多选)关于密闭容器中气体的压强，下列说法不正确的是( ) A．是由气体受到的重力产生的 B．是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的 C．压强的大小只取决于气体分子数量的多少 D．容器运动的速度越大，气体的压强也越大
ACD [气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的， A 错误，B 正确；压强的大小取决于气体分子的平均动能和分子的密 集程度，与物体的宏观运动无关，C、D 错误．]
3．如图所示，a、b、c 三点表示一定质量理想气体的三个状态， 则气体在 a、b、c 三个状态的热力学温度之比是( )
A．1∶1∶1 B．1∶2∶1 C．3∶4∶3 D．1∶2∶3
C
[
根
据
理
想
气
体
状
态
方
程
pV T
＝
பைடு நூலகம்
C
可 知 ， T∝pV ， 所 以
Ta∶Tb∶Tc＝(paVa)∶(pbVb)∶(pcVc)＝3∶4∶3，选项 C 正确．]
2．决定气体压强大小的因素 (1)微观因素． ①气体分子的密集程度：气体分子密集程度(即单位体积内气体 分子的数目)大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就多， 气体压强就大； ②气体分子的平均动能：气体的温度高，气体分子的平均动能 就大，每个气体分子与器壁碰撞(可视为弹性碰撞)时给器壁的冲力就 大；从另一方面讲，分子的平均速率大，在单位时间内器壁受气体 分子撞击的次数就多，累计冲力就大，气体压强就大．
，
得
V2
＝
p1V1T2 p2T1
＝
277.4×4.19×10－3×297 101×281
cm3≈0.012 cm3．
[答案] 0.012 cm3
考点 3 理想气体状态变化的图像 1．一定质量的气体不同图像的比较
名称
图像
特点
等 温 p-V 线
pV＝CT(C 为常量)， 即 pV 之积越大的等 温线对应的温度越 高，离原点越远
[跟进训练] 2．一个半径为 0.1 cm 的气泡，从 18 m 深的湖底上升．如果湖 底水的温度是 8 ℃，湖面水的温度是 24 ℃，湖面的大气压强相当于 76 cm 高水银柱产生的压强，即 101 kPa，那么气泡升至湖面时体积 是多少？(ρ 水＝1.0 g/cm3，g 取 9.8 m/s2．)
(1)求气缸内气体的最终体积(保留三位有效数字)； [思路点拨] 在活塞上方缓缓倒沙子的过程是一个等温变化过
程，缓慢加热的过程是一个等压变化过程． [解析] 在活塞上方倒沙的全过程中温度保持不变，即 p0V0＝
p1V1，解得 p1＝2.0×105 Pa． 在缓慢加热到 127 ℃的过程中压强保持不变，则VT11＝VT22，所以
p0V0＝1.2p0(2V0－VA)VA＝76V0．
A 部分气体满足pT0V0 0＝1.2TpA0VA，
解得 TA＝1.4T0．
[答案]
7 6V0
1.4T0
对于一定质量的理想气体，由其状态方程pTV＝C 可知，当其中 一个状态参量发生变化时，一定会引起另外一个状态参量发生变化 或另外两个状态参量都发生变化．分析时抓住三个状态参量之间的 物理关系是解决此类问题的关键．
C [甲容器压强产生的原因是由于液体受到重力作用，而乙容 器压强产生的原因是气体分子撞击器壁产生，液体的压强 p＝ρgh， hA>hB，可知 pA>pB，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无 关，pC＝pD，当温度升高时，pA、pB 不变，而 pC、pD 增大，故 C 正 确．]
气体压强的分析技巧 (1)明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器 壁频繁、持续地碰撞．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积 上的平均作用力． (2)明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动 能．
甲
乙
A．两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的 B．两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的 C．甲容器中 pA>pB，乙容器中 pC＝pD D．当温度升高时，pA、pB 变大，pC、pD 也要变大 [思路点拨] (1)液体压强是因重力而产生的． (2)气体压强是气体分子碰撞器壁产生的．
[跟进训练] 3．一定质量的理想气体，在状态变化过程中的 p-T 图像如图所 示，在 A 状态时的体积为 V0，试画出对应的 V-T 图像和 p-V 图像(标 注字母和箭头)．
[解析] 根据理想气体状态方程，有pT0V0 0＝3pT00VB＝33pT00VC， 解得 VB＝13V0，VC＝V0
A 到 B 是等温变化，B 到 C 是等压变化，C 到 A 是等容变化， 作出对应的 V-T 图像和 p-V 图像如图所示．
第二章 气体、液体和固体
第三节 气体实验定律的微观 解释
1．知道气体压强产生的原因和决定压强的因素，了解理想气体及理
想气体状态方程．
学 习 2．会解释气体实验定律中压强变化的原因，能用理想气体状态方程 任 解释和计算相关问题． 务 3．通过气体压强产生原因的探究和理想气体状态方程的推导，提高
动手实验的能力和推理能力，培养学习科学的兴趣和端正的态度．
ppT21VV1 21＝⇒V查1＝理V定2时律， Tp11＝Tp22
T2
p1＝p2时，VT11＝VT22
盖-吕萨克定律
【典例 2】 如图所示，绝热气缸 A 与导热气缸 B 横截面积相 同，均固定于地面，由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均无摩 擦．两气缸内都装有处于平衡状态的理想气体，开始时体积均为 V0、 温度均为 T0，缓慢加热 A 中气体，停止加热达到稳定后，A 中气体 压强变为原来的 1.2 倍，设环境温度始终保持不变，求气缸 A 中气体 的体积 VA 和温度 TA．
[思路点拨] (1)气缸 B 导热，B 中气体初、末状态温度相等， 发生的是等温变化．
(2)刚性杆连接绝热活塞，且 A、B 两个气缸面积相等，因此 A、 B 体积之和不变，即 VA＋VB＝2V0．
[解析] 设初态压强为 p0，膨胀后 A、B 压强相等，均为 1.2p0． B 中气体始、末状态温度相等，则有
[解析] 矿泉水瓶变瘪是由于机场地面的大气压强大于瓶内气 压，而在高空舱内矿泉水瓶没有变瘪，是由于瓶内气压等于舱内气 压，故高空舱内气体压强小于机场地面大气压强．温度是分子平均 动能的标志，机场地面温度与高空舱内温度相同，故瓶内气体的分 子平均动能不变．
[答案] 小于 不变
考点 2 理想气体状态方程 1．理想气体的特点 理想气体是一种理想化模型，是实际气体的一种近似，就像质 点、点电荷模型一样，突出问题的主要方面，忽略次要方面，是物 理学中常用的方法．
(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程． (2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比忽略不计，分 子视为质点． (3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分 子势能的变化，一定质量的理想气体内能的变化只与温度有关．
2．理想气体状态方程与气体实验定律
T1＝T2时，p1V1＝p2V2 玻意耳定律
02
关键能力·情境探究达成
考点1 考点2 考点3
在电视上经常看到热气球载人升空，你能说明其升空的原因吗？
提示：设空气是理想气体，由pTV＝C 知，T 升高 p 不变，则 V 增大，气体会从气球下面漏出，使 m 减小，使浮力大于重力而上升．
考点 1 气体压强的微观意义 1．产生原因 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞 器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力．气体的压强等于大量气体 分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．
其他图像
名称
等
温
1 p-V
线
图像
特点
其他图像
p＝CVT，斜率 k＝CT， 即斜率越大，对应的 温度越高
名称
等 容 p-T 线
图像
特点
其他图像
p＝CVT，斜率 k＝CV， 即斜率越大，对应的 体积越小
名称
等 容 p-t 线
图像
特点
图线的延长线均过点 (－273 ℃，0)，斜率 越大，对应的体积越 小
知识点二 气体实验定律的微观解释 气体压强的决定因素： (1)单位体积内气体分__子__数__目__． (2)气体分子热运动的平__均__速__率__．
大气压强是由重力产生的，而气体压强与重力无关．
知识点三 理想气体 1．理想气体：严格遵循_气__体__实__验__定__律_的气体，是一种理想化模 型． 2．理想气体状态方程． (1) 理 想 气 体 的 压 强 跟 体 积 的 乘 积 与 热 力 学 温 度 的 比 值 _保__持__不__变_． (2)公式：_pT_V_＝__C_或_p_T1_V1_1_＝__p_T2V_2_2 ．
【典例 3】 内壁光滑的导热气缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水 槽中，用不计质量的活塞封闭压强为 1.0×105 Pa，体积为 2.0×10－3 m3 的理想气体．现在活塞上方缓缓倒上沙子，使封闭气体的体积变为原来 的一半，然后将气缸移出水槽，缓慢加热，使气体温度变为 127 ℃．(大 气压强为 1.0×105 Pa)
(2)宏观因素． ①与温度有关：温度越高，气体的压强越大； ②与体积有关：体积越小，气体的压强越大． (3)气体压强与大气压强不同． 大气压强由重力而产生，随高度增大而减小． 气体压强是由大量分子频繁撞击器壁产生的，大小不随高度而 变化．
【典例 1】 如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中 恰好装满水，乙中充满空气，则下列说法中正确的是(容器容积恒 定)( )
01
必备知识·自主预习储备
知识梳理 基础自测
知识点一 气体压强的微观解释 1．微观原因：气体的压强是大__量__气体分子频__繁___碰__撞_器壁的结果． 2．压强大小：大小等于大量气体分子作用在器壁单__位__面__积__上的 _平__均__作__用__力_．
大量气体分子无规则运动，在各个器壁上产生的压强 是相等的．
[跟进训练] 1．在高空飞行的客机上某乘客喝完一瓶矿泉水后，把瓶盖拧 紧．下飞机后发现矿泉水瓶变瘪了，机场地面温度与高空客舱内温 度相同．由此可判断，高空客舱内的气体压强________(选填“大 于”“小于”或“等于”)机场地面大气压强；从高空客舱到机场地 面，矿泉水瓶内气体的分子平均动能________(选填“变大”“变 小”或“不变”)．
V2≈1.5×10－3 m3． [答案] 1.5×10－3 m3
(2)在如图所示的 p-V 图上画出整个过程中气缸内气体的状态变化． [思路点拨] 等压过程的图线为平行于 V 轴的直线，等容过程 的图线为平行于 p 轴的直线，等温过程的图线为双曲线的一支． [解析] 如图所示，
[答案] 见解析
理想气体状态变化时注意转折点的确定 转折点是两个状态变化过程的分界点，挖掘隐含条件，找出转 折点是应用理想气体状态方程解决气体状态变化问题的关键．
理想气体的始末状态，与过程无关，只与温度、压强 和体积有关．
1．思考判断(正确的打“√”，错误的打“×”)
(1)气体的压强是由气体分子的重力而产生的．
()
(2)密闭容器内气体的压强是由于气体分子频繁碰撞容器壁产生的．
(3)一定质量的气体压强跟体积成反比．
() ()
(4)一定质量的气体压强跟体积成正比．