2-3氣體的等壓變化和等容變化(第二課時)(人教2019選擇性必修第三冊-)(原卷版)

第二章氣體、固體和液體第3節(jié)氣體的等壓變化和等容變化（第二課時）理想氣體、氣體實驗定律的微觀解釋【核心素養(yǎng)目標】物理觀念了解理想氣體的模型，并知道實際氣體看成理想氣體的條件科學思維掌握理想氣體狀態(tài)方程的內容和表達式，并能應用方程解決實際問題科學探究能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律科學態(tài)度與責任通過理想氣體、氣體實驗定律的微觀解釋知識應用的實例，感受物理中科學技術與社會的緊密聯(lián)系，體會科學知識的應用價值，進一步增強學生的學習動力和科學意識。知識點一理想氣體【情境導入】氣體實驗定律對任何氣體都適用嗎？為什么要引入理想氣體的概念？【知識梳理】1．理想氣體：在溫度、壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體．2．理想氣體與實際氣體實際氣體在溫度不低于、壓強不超過時，可以當成理想氣體來處理．【重難詮釋】1．理想氣體嚴格遵守氣體實驗定律及理想氣體狀態(tài)方程．2．理想氣體分子本身的大小與分子間的距離相比可忽略不計，分子不占空間，可視為質點．它是對實際氣體的一種科學抽象，是一種理想模型，實際并不存在．3．理想氣體分子除碰撞外，無相互作用的引力和斥力．4．理想氣體分子無分子勢能的變化，內能等于所有分子熱運動的動能之和，一定質量的理想氣體內能只和溫度有關．【典例精析】例1．(多選)下列對理想氣體的理解，正確的有()A．理想氣體實際上并不存在，只是一種理想模型B．只要氣體壓強不是很高就可視為理想氣體C．一定質量的某種理想氣體的內能與溫度、體積都有關D．在任何溫度、任何壓強下，理想氣體都遵從氣體實驗定律知識點二理想氣體的狀態(tài)方程【情境導入】如圖所示，一定質量的某種理想氣體從狀態(tài)A到B經(jīng)歷了一個等溫過程，又從狀態(tài)B到C經(jīng)歷了一個等容過程，請推導狀態(tài)A的三個參量pA、VA、TA和狀態(tài)C的三個參量pC、VC、TC之間的關系．【知識梳理】1．內容：一定的某種理想氣體，在從一個狀態(tài)(p1、V1、T1)變化到另一個狀態(tài)(p2、V2、T2)時，壓強p跟體積V的乘積與的比值保持不變．2．表達式：eq\f(pV,T)＝C或eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2).3．成立條件：一定的理想氣體．【重難詮釋】1．對理想氣體狀態(tài)方程的理解(1)成立條件：一定質量的理想氣體．(2)該方程表示的是氣體三個狀態(tài)參量的關系，與中間的變化過程無關．(3)公式中常量C僅由氣體的種類和質量決定，與狀態(tài)參量(p、V、T)無關．(4)方程中各量的單位：溫度T必須是熱力學溫度，公式兩邊中壓強p和體積V單位必須統(tǒng)一，但不一定是國際單位制中的單位．2．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))【典例精析】例2．如圖所示，粗細均勻一端封閉一端開口的U形玻璃管豎直放置，管內水銀將一定質量的理想氣體封閉在U形管內，當t1＝31℃，大氣壓強p0＝76cmHg時，兩管水銀面相平，這時左管被封閉的氣柱長L1＝8cm，則當溫度t2是多少時，左管氣柱長L2為9cm?【規(guī)律方法】應用理想氣體狀態(tài)方程解題的一般步驟1．明確研究對象，即一定質量的理想氣體；2．確定氣體在初、末狀態(tài)的參量p1、V1、T1及p2、V2、T2；3．由理想氣體狀態(tài)方程列式求解；4．必要時討論結果的合理性．知識點三氣體實驗定律的微觀解釋【情境導入】(1)氣體實驗定律中溫度、體積、壓強在微觀上分別與什么相關？(2)自行車的輪胎沒氣后會變癟，用打氣筒向里打氣，打進去的氣越多，輪胎會越“硬”．怎樣從微觀角度來解釋這種現(xiàn)象？(假設輪胎的容積和氣體的溫度不發(fā)生變化)【知識梳理】1．玻意耳定律的微觀解釋一定質量的某種理想氣體，保持不變時，分子的平均動能是一定的．體積減小時，分子的數(shù)密度(填“增大”或“減小”)，單位時間內、單位面積上碰撞器壁的分子數(shù)就多，氣體的壓強就——(填“增大”或“減小”)．2．蓋－呂薩克定律的微觀解釋一定質量的某種理想氣體，溫度升高時，分子的平均動能(填“增大”或“減小”)，只有氣體的體積同時，使分子的數(shù)密度，才能保持壓強(填“增大”“減小”或“不變”)．3．查理定律的微觀解釋一定質量的某種理想氣體，體積保持不變時，分子的數(shù)密度保持不變，溫度升高時，分子的平均動能(填“增大”或“減小”)，氣體的壓強(填“增大”或“減小”)．【重難詮釋】1．玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質量的某種理想氣體，在溫度保持不變時，體積減小，壓強增大；體積增大，壓強減?。?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)密度增大，單位時間內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．2．查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質量的某種理想氣體，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，則分子數(shù)密度不變，溫度升高，分子平均動能增大，分子撞擊器壁的作用力變大，所以氣體的壓強增大，如圖．3．蓋－呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質量的某種理想氣體，在壓強不變時，溫度升高，體積增大，溫度降低，體積減?。?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．【典例精析】例3．如圖所示，一定質量的理想氣體由狀態(tài)A沿平行于縱軸的直線變化到狀態(tài)B，則()A．氣體的平均動能不變B．氣體的內能增加C．氣體分子的數(shù)密度減小D．氣體分子在單位時間內與單位面積器壁碰撞的次數(shù)不變【規(guī)律方法】對氣體實驗定律的解釋，注意從兩個途徑進行分析：一是從微觀角度分析，二是從理想氣體狀態(tài)方程分析．針對訓練一、單選題1．如圖所示，一定質量的理想氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的V-T圖像，圖線AB平行于V軸，則氣體從狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程（

）A．氣體內能增加 B．氣體壓強變大C．外界對氣體做功 D．氣體從外界吸熱2．一定質量的理想氣體自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，又變化到狀態(tài)P，其變化過程中各狀態(tài)的壓強p和體積V的關系如圖所示，其中MN的反向延長線過原點，NP段為雙曲線的一支。下列說法正確的是（）A．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，氣體的內能沒有變化B．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，氣體吸收的熱量為300JC．自狀態(tài)N變化到狀態(tài)P，氣體吸收的熱量約為475JD．自狀態(tài)M變化到狀態(tài)N，再變化到狀態(tài)P，氣體對外做的功為600J3．一定質量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后又回到狀態(tài)A。其中C→D→A為等溫過程。該循環(huán)過程如圖所示，下列說法不正確的是（）A．A→B過程中，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增加B．B→C過程中，氣體分子內能減少C．狀態(tài)A和狀態(tài)C，氣體分子平均動能相同D．氣體狀態(tài)變化的全過程中，氣體對外做的功等于該圖像圍成的面積4．一定質量的理想氣體發(fā)生一系列的變化，下列不可能實現(xiàn)的是（）A．氣體的壓強和體積均增加，氣體的溫度降低B．氣體的壓強增加、溫度升高，氣體的體積減小C．氣體的壓強、體積均增加，同時溫度升高D．氣體的壓強、體積均減小，同時溫度降低5．一定質量的理想氣體由狀態(tài)a變?yōu)闋顟B(tài)c，其過程如p-V圖中a→c直線段所示，狀態(tài)b對應該線段的中點。下列說法正確的是（）A．a(chǎn)、c兩點的溫度不相同 B．a(chǎn)、b兩點的溫度之比為3:4C．a(chǎn)→c過程中外界對氣體做功 D．a(chǎn)→c過程中氣體向外界放熱6．如圖所示為水平放置的固定圓柱形汽缸，汽缸內被A、B兩活塞封有一定質量的氣體，活塞之間用硬桿相連（硬桿的粗細可忽略），活塞與汽缸壁之間可無摩擦地滑動而不漏氣．現(xiàn)缸內氣體溫度為，活塞在圖示位置保持靜止，若缸內氣體溫度稍有下降，則下列說法中正確的是（

）A．活塞將向右移動B．活塞將向左移動C．缸內氣體的體積、溫度、壓強都將發(fā)生變化D．缸內氣體將做等體積變化，活塞不發(fā)生移動二、多選題7．如圖所示為一定質量的理想氣體的壓強隨體積變化的圖像，其中AB段為雙曲線，BC段與橫軸平行，則下列說法正確的是（）A．過程①中氣體分子的平均動能不變B．過程②中氣體需要吸收熱量，氣體分子的平均動能減小C．過程③中氣體放出熱量D．過程③中氣體分子單位時間內對容器壁的碰撞次數(shù)增大8．一定質量的理想氣體，從狀態(tài)a開始經(jīng)歷如圖所示的狀態(tài)變化過程回到原狀態(tài)，則下列說法中正確的是（）A．a(chǎn)→b的過程氣體吸收熱量B．b→c的過程是等溫變化C．c→a的過程氣體分子的平均動能減小D．c狀態(tài)比b狀態(tài)單位時間內撞擊容器壁單位面積的分子數(shù)多9．下列四幅圖分別對應四種說法，其中正確的是（）A．圖甲中微粒的運動就是物質分子的無規(guī)則熱運動，即布朗運動B．圖乙為分子間作用力的合力與分子間距離的關系，可知當分子間的距離時，分子勢能隨分子間的距離增大而增大C．圖丙為一定質量的理想氣體狀態(tài)變化的p-V圖線，由圖可知氣體由狀態(tài)A變化到B的過程中，氣體分子的平均動能先減小后增大D．圖丁和氧氣分子速率都呈現(xiàn)“中間多、兩頭少”的分布特點10．如圖，一定質量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程ab到達狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過程bc到達狀態(tài)c，最后經(jīng)等壓過程ca回到狀態(tài)a。下列說法正確的是（）A．在過程ab中，氣體從外界吸收熱量B．在過程bc中，氣體從外界吸收熱量C．在過程ca中，氣體對外界做功D．在過程ab中，單位時間內碰撞器壁單位面積的分子數(shù)減少E．在過程bc中，單位時間內碰撞器壁單位面積的分子數(shù)減少11．一定質量的某種理想氣體狀態(tài)變化的p-V圖像如圖所示，下列說法正確的是（）A．狀態(tài)A時氣體分子的內能比狀態(tài)B時小B．氣體分子單位時間內對器壁單位面積上的碰撞次數(shù)狀態(tài)A時比狀態(tài)B時多C．氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中溫度一直保持不變D．氣體由狀態(tài)A變化到狀態(tài)B的過程中分子平均速率先增大后減小12．如圖所示，向一個空的鋁制飲料罐中插入一根內部粗細均勻透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內引入一小段油柱（長度可以忽略），如果不計大氣壓的變化，這就是一個簡易的氣溫計。當溫度由變?yōu)闀r，油柱從離接口L處緩慢移到離接口3L的位置。下列說法正確的是（）A．溫度大于溫度B．飲料罐內氣體的壓強不變C．罐內氣體對外做的功小于氣體從外界吸收的熱量D．若給吸管標上溫度刻度值，刻度是均勻的E．單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增加13．如圖所示，一定質量的理想氣體從狀態(tài)A依次經(jīng)過狀態(tài)B、C和D后再回到狀態(tài)A，其中A→B和C→D為等溫過程，B→C為等壓過程，D→A為等容過程，則在該循環(huán)過程中，下列說法正確的是（）A．A→B過程中，氣體放出熱量B．B→C過程中，氣體分子的平均動能增大C．C→D過程中，單位時間內碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增多D．若氣體在B→C過程中內能變化量的數(shù)值為2kJ，與外界交換的熱量為7kJ，則在此過程中氣體對外做的功為5kJ14．一定質量的理想氣體從狀態(tài)a出發(fā)，經(jīng)過等容過程到達狀態(tài)b，再經(jīng)過等溫過