2019-2020學(xué)年高中物理 第八章 氣體 3 理想氣體的狀態(tài)方程課件 新人教版選修3-3.ppt

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3理想氣體的狀態(tài)方程 一 理想氣體1 理想氣體 在任何溫度 任何壓強(qiáng)下都遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體叫做理想氣體 2 實(shí)際氣體可看作理想氣體的條件 實(shí)際氣體在溫度不太低 不低于零下幾十?dāng)z氏度 壓強(qiáng)不太高 不超過大氣壓的幾倍 時(shí) 可以當(dāng)成理想氣體 二 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 在從一個(gè)狀態(tài)變化到另一個(gè)狀態(tài)時(shí) 盡管p V T都可能改變 但是壓強(qiáng)與體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值保持不變 3 適用條件 一定質(zhì)量的理想氣體 4 理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系 1 當(dāng)一定質(zhì)量理想氣體溫度不變時(shí) 由理想氣體狀態(tài)方程得pV C 即玻意耳定律 2 當(dāng)一定質(zhì)量理想氣體體積不變時(shí) 由理想氣體狀態(tài)方程得 即查理定律 3 當(dāng)一定質(zhì)量理想氣體壓強(qiáng)不變時(shí) 由理想氣體狀態(tài)方程得 即蓋 呂薩克定律 自我檢測(cè)1 判斷正誤 對(duì)的畫 錯(cuò)的畫 1 一定質(zhì)量的氣體體積 壓強(qiáng)不變 只有溫度升高 解析 描述氣體的三個(gè)狀態(tài)參量只有一個(gè)變化是不可能的 答案 2 對(duì)于不同的理想氣體 其狀態(tài)方程pVT C 恒量 中的C相同 解析 C與p V T無關(guān) 答案 3 一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)增大到原來的2倍 體積不變 則熱力學(xué)溫度增大到原來的2倍 解析 根據(jù)pVT C可判斷此說法正確 該氣體在做等容變化 答案 4 在應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程時(shí) 所有物理量的單位都必須使用國(guó)際單位制中的單位 解析 方程代入數(shù)據(jù)計(jì)算前 必須先統(tǒng)一單位 p V初 末單位各自相同即可 不一定全為國(guó)際單位 但T必須用熱力學(xué)溫度 答案 2 探究討論 1 為什么需要引入理想氣體的概念 答案 由于氣體實(shí)驗(yàn)定律只在壓強(qiáng)不太大 溫度不太低的條件下 理論結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果一致 為了使氣體在任何溫度 壓強(qiáng)下都遵從實(shí)驗(yàn)定律 才引入了一種氣體 理想氣體 2 在生產(chǎn)和生活實(shí)際中是否存在理想氣體 研究理想氣體有何意義 答案 理想氣體是一種理想模型 實(shí)際中并不存在 理想氣體是對(duì)實(shí)際氣體的科學(xué)抽象 考慮主要因素 忽略次要因素 使氣體狀態(tài)變化的問題易于分析和計(jì)算 3 教材推導(dǎo)理想氣體狀態(tài)方程的過程中先后經(jīng)歷了等溫變化 等容變化兩個(gè)過程 是否表示始末狀態(tài)參量的關(guān)系與中間過程有關(guān) 答案 與中間過程無關(guān) 中間過程只是為了應(yīng)用已學(xué)過的規(guī)律 如玻意耳定律 查理定律等 研究始末狀態(tài)參量之間的關(guān)系而采用的一種手段 探究一 探究二 理想氣體的狀態(tài)方程問題探究液態(tài)的氮?dú)馐嵌栊缘?無色 無臭 無腐蝕性 不可燃 溫度極低 氮構(gòu)成了大氣的大部分 體積比78 03 重力比75 5 氮是不活潑的 不支持燃燒 汽化時(shí)大量吸熱接觸造成凍傷 在常壓下 液氮溫度為 196 常溫常壓下氮?dú)饽懿荒芸醋骼硐霘怏w 對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體 壓強(qiáng) 溫度 體積之間的關(guān)系是什么 能不能根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程推導(dǎo)出查理定律 探究一 探究二 要點(diǎn)提示 常溫常壓下氮?dú)夥浅７€(wěn)定 可以認(rèn)為是理想氣體 一定質(zhì)量的理想氣體 壓強(qiáng) 溫度 體積之間的關(guān)系是 查理定律是一定質(zhì)量的氣體在體積不變的情況下 壓強(qiáng)和溫度的關(guān)系 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 使體積不變 壓強(qiáng)和熱力學(xué)溫度成正比 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 理想氣體的狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律由此可見 三個(gè)氣體實(shí)驗(yàn)定律是理想氣體狀態(tài)方程的特例 探究一 探究二 2 理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用要點(diǎn) 1 選對(duì)象 根據(jù)題意 選出所研究的某一部分氣體 這部分氣體在狀態(tài)變化過程中 其質(zhì)量必須保持一定 2 找參量 找出作為研究對(duì)象的這部分氣體發(fā)生狀態(tài)變化前后的一組p V T數(shù)值或表達(dá)式 壓強(qiáng)的確定往往是個(gè)關(guān)鍵 常需結(jié)合力學(xué)知識(shí) 如力的平衡條件或牛頓運(yùn)動(dòng)定律 才能寫出表達(dá)式 3 認(rèn)過程 過程表示兩個(gè)狀態(tài)之間的一種變化式 除題中條件已直接指明外 在許多情況下 往往需要通過對(duì)研究對(duì)象跟周圍環(huán)境的相互關(guān)系的分析中才能確定 認(rèn)清變化過程是正確選用物理規(guī)律的前提 4 列方程 根據(jù)研究對(duì)象狀態(tài)變化的具體方式 選用理想氣體狀態(tài)方程或某一實(shí)驗(yàn)定律 代入具體數(shù)值 T必須用熱力學(xué)溫度 p V的單位要統(tǒng)一 最后分析討論所得結(jié)果的合理性及其物理意義 探究一 探究二 典例剖析 例題1 如圖 絕熱汽缸A與導(dǎo)熱汽缸B橫截面積相同 均固定于地面 由剛性桿連接的絕熱活塞與兩汽缸間均無摩擦 兩汽缸內(nèi)都裝有處于平衡狀態(tài)的理想氣體 開始時(shí)體積均為V0 溫度均為T0 緩慢加熱A中氣體 停止加熱達(dá)到穩(wěn)定后 A中氣體壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼? 2倍 設(shè)環(huán)境溫度始終保持不變 求汽缸A中氣體的體積VA和溫度TA 探究一 探究二 思考問題 1 B中氣體發(fā)生的是什么變化 提示因?yàn)槠譈導(dǎo)熱 所以B中氣體始末狀態(tài)溫度相等 發(fā)生的是等溫變化 2 A B兩氣體體積有什么聯(lián)系 提示因?yàn)槭莿傂詶U連接的絕熱活塞 又A B兩個(gè)汽缸截面積相等 所以A B體積之和不變 即VA VB 2V0 解析 設(shè)初態(tài)壓強(qiáng)為p0 膨脹后A B壓強(qiáng)相等 均為1 2p0 B中氣體始末狀態(tài)溫度相等 則有p0V0 1 2p0 2V0 VA 探究一 探究二 對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體 由狀態(tài)方程可知 當(dāng)其中一個(gè)狀態(tài)參量發(fā)生變化時(shí) 一定會(huì)引起另外一個(gè)狀態(tài)參量發(fā)生變化或另外兩個(gè)狀態(tài)參量都發(fā)生變化 分析時(shí)抓住三個(gè)狀態(tài)參量之間的關(guān)系是解決此類問題的關(guān)鍵 探究一 探究二 變式訓(xùn)練1為了控制溫室效應(yīng) 各國(guó)科學(xué)家提出了不少方法和設(shè)想 有人根據(jù)液態(tài)CO2密度大于海水密度的事實(shí) 設(shè)想將CO2液化后 送入深海海底 以減小大氣中的CO2的濃度 為使CO2液化 最有效的措施是 A 減壓 升溫B 增壓 升溫C 減壓 降溫D 增壓 降溫解析 要將CO2液化需減小體積 根據(jù) 知D選項(xiàng)正確 答案 D 探究一 探究二 理想氣體狀態(tài)變化的圖象問題探究如圖所示 一定質(zhì)量的理想氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B 再?gòu)臓顟B(tài)B變化到狀態(tài)C 已知狀態(tài)A的溫度為480K 氣體在狀態(tài)B C時(shí)的溫度各是多少 要點(diǎn)提示由理想氣體狀態(tài)方程得A C兩狀態(tài)體積相等 則由查理定律得 探究一 探究二 知識(shí)歸納1 一定質(zhì)量的理想氣體不同狀態(tài)變化圖象的比較 探究一 探究二 探究一 探究二 探究一 探究二 2 一定質(zhì)量的理想氣體一般狀態(tài)圖象的處理方法基本方法 化 一般 為 特殊 如圖是一定質(zhì)量的某種氣體的狀態(tài)變化過程A B C A 在V T圖線上 等壓線是一簇延長(zhǎng)線過原點(diǎn)的直線 過A B C三點(diǎn)作三條等壓線分別表示三個(gè)等壓狀態(tài) 由圖可知pA pB pC 即pA pB pC 所以A B壓強(qiáng)增大 溫度降低 體積縮小 B C溫度升高 體積減小 壓強(qiáng)增大 C A溫度降低 體積增大 壓強(qiáng)減小 探究一 探究二 典例剖析 例題2 內(nèi)壁光滑的導(dǎo)熱汽缸豎直浸放在盛有冰水混合物的水槽中 用不計(jì)質(zhì)量的活塞封閉壓強(qiáng)為1 0 105Pa 體積為2 0 10 3m3的理想氣體 現(xiàn)在活塞上方緩緩倒上沙子 使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话?然后將汽缸移出水槽 緩慢加熱 使氣體溫度變?yōu)?27 大氣壓強(qiáng)為1 0 105Pa 1 求汽缸內(nèi)氣體的最終體積 保留三位有效數(shù)字 2 在如圖所示的p V圖上畫出整個(gè)過程中汽缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化 探究一 探究二 思考問題 1 氣體發(fā)生了哪些狀態(tài)變化 提示在活塞上方緩緩倒沙子的過程是一個(gè)等溫變化過程 緩慢加熱的過程是一個(gè)等壓變化過程 2 如何在p V圖象上表示等壓過程 等容過程和等溫過程 提示等壓過程的圖線為平行于V軸的直線 等容過程的圖線為平行于p軸的直線 等溫過程的圖線為雙曲線的一支 解析 1 在活塞上方倒沙的全過程中溫度保持不變 即p0V0 p1V1 解得p1 2 0 105Pa 在緩慢加熱到127 的過程中壓強(qiáng)保持不變 2 如圖所示答案 1 1 47 10 3m3 2 見解析 探究一 探究二 理想氣體狀態(tài)變化時(shí)注意轉(zhuǎn)折點(diǎn)的確定轉(zhuǎn)折點(diǎn)是兩個(gè)狀態(tài)變化過程的分界點(diǎn) 挖掘隱含條件 找出轉(zhuǎn)折點(diǎn)是應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解決氣體狀態(tài)變化問題的關(guān)鍵 探究一 探究二 變式訓(xùn)練2如圖所示 一定質(zhì)量的某種理想氣體從狀態(tài)A到B經(jīng)歷了一個(gè)等溫過程 又從狀態(tài)B到C經(jīng)歷了一個(gè)等容過程 請(qǐng)推導(dǎo)狀態(tài)A的三個(gè)參量pA VA TA和狀態(tài)C的三個(gè)參量pC VC TC之間的關(guān)系 探究一 探究二 1 2 3 4 5 1 多選 關(guān)于理想氣體的性質(zhì) 下列說法中正確的是 A 理想氣體是一種假想的物理模型 實(shí)際并不存在B 理想氣體的存在是一種人為規(guī)定 它是一種嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體C 一定質(zhì)量的理想氣體 內(nèi)能增大 其溫度一定升高D 氦是液化溫度最低的氣體 任何情況下均可當(dāng)作理想氣體解析 理想氣體是在研究氣體的性質(zhì)過程中建立的一種理想化模型 現(xiàn)實(shí)中并不存在 其具備的特性均是人為規(guī)定的 A B選項(xiàng)正確 對(duì)于理想氣體 分子間不存在相互作用力 也就沒有分子勢(shì)能的變化 其內(nèi)能的變化即為分子動(dòng)能的變化 宏觀上表現(xiàn)為溫度的變化 C選項(xiàng)正確 實(shí)際中的不易液化的氣體 包括液化溫度最低的氦氣 只有在溫度不太低 壓強(qiáng)不太大的條件下才可當(dāng)作理想氣體 在壓強(qiáng)很大和溫度很低的情形下 分子的大小和分子間的相互作用力就不能忽略 D選項(xiàng)錯(cuò)誤 答案 ABC 1 2 3 4 5 2 多選 關(guān)于理想氣體的狀態(tài)變化 下列說法正確的是 A 一定質(zhì)量的理想氣體 當(dāng)壓強(qiáng)不變而溫度由100 上升到200 時(shí) 其體積增大為原來的2倍B 一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)1變到狀態(tài)2時(shí) 一定滿足方程C 一定質(zhì)量的理想氣體體積增大到原來的4倍 可能是壓強(qiáng)減半 熱力學(xué)溫度加倍D 一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)增大到原來的4倍 可能是體積加倍 熱力學(xué)溫度減半 1 2 3 4 5 解析 理想氣體狀態(tài)方程中的溫度是熱力學(xué)溫度 不是攝氏溫度 選項(xiàng)A錯(cuò)誤 選項(xiàng)B正確 將數(shù)據(jù)代入公式中即可判斷出選項(xiàng)C正確 選項(xiàng)D錯(cuò)誤 答案 BC 1 2 3 4 5 3 如圖所示 a b c三點(diǎn)表示一定質(zhì)量理想氣體的三個(gè)狀態(tài) 則氣體在a b c三個(gè)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 3解析 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知 T pV 所以Ta Tb Tc paVa pbVb pcVc 3 4 3 選項(xiàng)C正確 答案 C 1 2 3 4 5 4 一輕活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在水平放置的固定汽缸內(nèi) 開始時(shí)氣體體積為V0 溫度為27 在活塞上施加壓力 將氣體體積壓縮到 溫度升高到47 設(shè)大氣壓強(qiáng)p0 1 0 105Pa 活塞與汽缸壁的摩擦不計(jì) 求此時(shí)氣體的壓強(qiáng)是多少 答案 1 6 105Pa 1 2 3 4 5 5 我國(guó) 蛟龍 號(hào)深海探測(cè)船載人下潛超過七千米 再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄 在某次深潛實(shí)驗(yàn)中 蛟龍 號(hào)探測(cè)到990m深處的海水溫度為280K 某同學(xué)利用該數(shù)據(jù)來研究氣體狀態(tài)隨海水深度的變化 如圖所示 導(dǎo)熱良好的汽缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體 不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦 汽缸所處海平面的溫度T0 300K 壓強(qiáng)p0 1atm 封閉氣體的體積V0 3m3 如果將該汽缸下潛至990m深處 此過程中封閉氣體可視為理想氣體 求990m深處封閉氣體的體積 1atm相當(dāng)于10m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng) 1 2 3 4 5 解析 汽缸內(nèi)的理想氣體在深度為990m的海水中的壓強(qiáng)為此處理想氣體溫度為T1 280K 根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可知 聯(lián)立代入數(shù)值可得 V 2 8 10 2m3答案 2 8 10 2m3