2.5 理想气体 学案（2020年教科版高中物理选修3-3）

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1、2.5 理想气体理想气体 学习目标 1.了解理想气体模型.2.知道实际气体看成理想气体的条件 一、气体实验定律的适用条件 大量实验结果表明，在温度不太低、压强不太高的条件下，一切气体的状态变化虽然并非严 格地遵守气体实验定律，但却能在较高程度上近似地遵守气体实验定律 二、理想气体 1定义：在任何温度、任何压强下都遵守气体实验定律的气体 2特点 (1)理想气体是一种理想化的模型，实际不存在 (2)理想气体的分子除存在相互碰撞力外，不存在分子间作用力 (3)理想气体仅存在分子动能，没有分子势能 即学即用 判断下列说法的正误 (1)理想气体就是处于标准状况下的气体() (2)理想气体只有分子动能，不

2、考虑分子势能() (3)实际计算中，当气体分子间距离 r10r0时，可将气体视为理想气体进行研究() (4)被压缩的气体，不能作为理想气体() 一、理想气体 导学探究 为什么要引入理想气体的概念？ 答案 由于气体实验定律只在压强不太大，温度不太低的条件下理论结果与实验结果一致， 为了使气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，引入了理想气体的概念 知识深化 1理想气体的特点 (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可忽略不计，分子不占空间，可视为质点 (3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力 (4)理想气体分子无分子势能的变化，

3、内能等于所有分子热运动的动能之和，只和温度有关 2对理想气体的几点说明 (1)理想气体是不存在的 (2)在常温常压下， 大多数实际气体， 尤其是那些不易液化的气体都可以近似地看成理想气体 (3)在温度不低于负几十摄氏度，压强不超过大气压的几倍时，很多气体都可当成理想气体来 处理 (4)理想气体的内能仅由温度和分子总数决定，与气体的体积无关 特别提醒 在涉及气体的内能、分子势能问题时要特别注意实际气体是否可视为理想气体， 在涉及气体的状态参量关系时往往将实际气体当作理想气体处理，但这时往往关注的是气体 质量是否一定 例 1 关于理想气体，下列说法正确的是( ) A理想气体也不能严格地遵守气体实验

4、定律 B实际气体在温度不太高、压强不太小的情况下，可看成理想气体 C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 D所有的实际气体在任何情况下，都可以看成理想气体 答案 C 解析 理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵守气体实验定律的气体，A 项错误；它是 实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下的抽象，故 C 正确，B、D 错误 例 2 关于理想气体的下列说法正确的是( ) A气体对容器的压强是由气体的重力产生的 B气体对容器的压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞产生的 C一定质量的气体，分子的平均动能越大，气体压强也越大 D压缩理想气体时要用力，是因为分子之间有斥力 答案 B

5、解析 气体对容器的压强是由气体分子对器壁的频繁碰撞产生的，选项 A 错，B 对；气体的 压强与分子的密集程度及分子的平均动能有关，平均动能越大则温度越高，但如果体积也变 大，压强可能减小，故选项 C 错压缩理想气体要用力，克服的是气体的压力(压强)，而不 是分子间的斥力，选项 D 错 二、理想气体的状态方程 导学探究 如图 1 所示，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，请推导状态 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 图 1 答案 从 AB 为等温变化过程，根据玻意耳定律可得

6、pAVApBVB 从 BC 为等容变化过程，根据查理定律可得pB TB pC TC 由题意可知：TATB VBVC 联立式可得pAVA TA pCVC TC . 知识深化 1对理想气体状态方程的理解 (1)成立条件：一定质量的理想气体 (2)该方程表示的是气体三个状态参量的关系，与中间的变化过程无关 (3)公式中常量 C 仅由气体的种类和质量决定，与状态参量(p、V、T)无关 (4)方程应用时单位方面：温度 T 必须是热力学温度，公式两边中压强 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 2理想气体状态方程与气体实验定律 p1V1 T1 p2V2 T2 T1T2时，p1V1p

7、2V2玻意耳定律 V1V2时，p1 T1 p2 T2查理定律 p1p2时，V1 T1 V2 T2盖吕萨克定律 特别提醒 理想气体状态方程是用来解决气体状态变化问题的方程，运用时，必须要明确气 体不同状态下的状态参量，将它们的单位统一，且温度的单位一定要统一为国际单位 K. 例 3 (多选)一定质量的理想气体( ) A先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于起始温度 B先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于起始体积 C先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于起始温度 D先等容加热，再绝热压缩，其内能必大于起始内能 答案 CD 解析 根据pV T C(恒量)，则 TpV C ，先等压膨胀，体积(V)将增

8、大，再等容降温，则压强 p 又减小，但 p V 的值难以确定其是否增减，故 A 错同理，VT p C，等温膨胀时，压强 p 减 小，等压压缩时，温度(T)又减小，则难以判定T p的值是否减小或增大，故 B 错同理 T pV C ， 先等容升温，压强 p 增大，但后来等压压缩 V 将减小，则 p V 值可能不变，即 T 可能等于起 始温度，故 C 正确先等容加热，再绝热压缩，气体的温度始终升高，则内能必定增加，即 D 正确 例 4 使一定质量的理想气体按图 2 甲中箭头所示的顺序变化，图中 BC 段是以纵轴和横轴 为渐近线的双曲线 图 2 (1)已知气体在状态 A 的温度 TA300 K，求气体

9、在状态 B、C 和 D 的温度各是多少？ (2)将上述状态变化过程在图乙中画成用体积 V 和温度 T 表示的图线(图中要标明 A、B、C、 D 四点，并且要画箭头表示变化的方向)说明每段图线各表示什么过程 答案 见解析 解析 在 pV 图中直观地看出，气体在 A、B、C、D 各状态下压强和体积为 VA10 L，pA 4 atm，pB4 atm，pC2 atm，pD2 atm，VC40 L，VD20 L. (1)根据气体状态方程 pAVA TA pCVC TC pDVD TD ， 可得 TCpCVC pAVA TA 240 410300 K600 K TDpDVD pAVA TA 220 410

10、300 K300 K 由题意 TBTC600 K. (2)由状态 B 到状态 C 为等温变化，由玻意耳定律有 pBVBpCVC 得 VBpCVC pB 240 4 L20 L 在 VT 图上状态变化过程的图线由 A、B、C、D 各状态依次连接(如图所示)，AB 是等压膨 胀过程，BC 是等温膨胀过程，CD 是等压压缩过程 1(对理想气体的理解)(多选)下列对理想气体的理解，正确的有( ) A理想气体实际上并不存在，只是一种理想化模型 B只要气体压强不是很高就可视为理想气体 C一定质量的某种理想气体的内能与温度、体积都有关 D在任何温度、任何压强下，理想气体都遵循气体实验定律 答案 AD 解析

11、理想气体是一种理想化模型，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、任何压强下都遵循气体实验定律，选项 A、D 正确，选项 B 错误一 定质量的理想气体的内能完全由温度决定，与体积无关，选项 C 错误 2(对理想气体状态方程的理解)(多选)一定质量的理想气体，初始状态为 p、V、T，经过一 系列状态变化后，压强仍为 p，则下列过程中可以实现的是( ) A先等温膨胀，再等容降温 B先等温压缩，再等容降温 C先等容升温，再等温压缩 D先等容降温，再等温压缩 答案 BD 解析 根据理想气体的状态方程pV T C，若经过等温膨胀则 T 不变、V 增大，再经等容降温 则 V

12、不变、T 减小，由pV T C 可知，p 一定减小A 不正确，同理可以判断出 C 不正确，B、 D 正确 3(理想气体状态方程的应用)某气象探测气球内充有温度为 27 、压强为 1.5105 Pa 的氦 气，其体积为 5 m3.当气球升高到某一高度时，氦气温度为 200 K，压强变为 0.8105 Pa，求 这时气球的体积多大？ 答案 6.25 m3 解析 以探测气球内的氦气作为研究对象，并可看做理想气体，其初始状态参量为： T1(27327) K300 K p11.5105 Pa，V15 m3 升到高空，其末状态为 T2200 K，p20.8105 Pa 由理想气体状态方程p1V1 T1 p2V2 T2 有： V2p1T2 p2T1V1 1.5105200 0.81053005 m 36.25 m3.