高中物理 第2章 氣體 4 氣體實(shí)驗(yàn)定律的圖像表示及微觀解釋 5 理想氣體教師用書 教科版選修3-3

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4氣體實(shí)驗(yàn)定律的圖像表示及微觀解釋5理想氣體學(xué) 習(xí) 目 標(biāo)知 識 脈 絡(luò)1.理解氣體等溫、等容、等壓變化的圖像的物理意義(重點(diǎn))2.會從圖像上描述氣體的狀態(tài)變化(難點(diǎn))3.會用分子動理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體實(shí)驗(yàn)定律(難點(diǎn))4.知道理想氣體的特點(diǎn)(重點(diǎn))氣體實(shí)驗(yàn)定律的圖像表示1氣體等溫變化的圖像(即等溫線)特點(diǎn)一定質(zhì)量的某種氣體做等溫變化，在p V圖線中，氣體的溫度越高，等溫線離坐標(biāo)原點(diǎn)越遠(yuǎn)2氣體等容變化的圖像(即等容線)特點(diǎn)一定質(zhì)量的某種氣體做等容變化；在p T圖線中，氣體的體積越小，等容線的斜率越大3氣體等壓變化的圖像(即等壓線)特點(diǎn)一定質(zhì)量的某種氣體做等壓變化，在VT圖線中，氣體的壓強(qiáng)越小，等壓線的斜率越大1在p V圖像上，等溫線為直線()2p T圖像是過原點(diǎn)的直線()3在VT圖像中，圖線的斜率越大，壓強(qiáng)也越大()處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，為什么不直接畫p V圖像，而是畫p 圖像？【提示】p V圖像是曲線，不易直接判定氣體的壓強(qiáng)和體積的關(guān)系而p 圖像是直線，很容易判定其關(guān)系1p V圖像與p 圖像(1)一定質(zhì)量的氣體的pV圖像如圖241甲所示，圖線為雙曲線的一支，且溫度t1t2.甲乙圖241(2)一定質(zhì)量的氣體p 圖像如圖乙所示，圖線的延長線為過原點(diǎn)的傾斜直線，且溫度t1t2.2等容過程的p T和p t的圖像(1)p T圖像：一定質(zhì)量的某種氣體，在等容過程中，氣體的壓強(qiáng)p和熱力學(xué)溫度T的關(guān)系圖線的延長線是過原點(diǎn)的傾斜直線，如圖242所示，且V1V2，即體積越大，斜率越小圖242(2)p t圖像：一定質(zhì)量的某種氣體，在等容過程中，壓強(qiáng)p與攝氏溫度t是一次函數(shù)關(guān)系，不是簡單的正比例關(guān)系，如圖243所示，等容線是一條延長線通過橫軸273.15 的點(diǎn)的傾斜直線，且斜率越大，體積越小圖像縱軸的截距p0是氣體在0 時(shí)的壓強(qiáng)圖2433VT和Vt圖像(1)VT圖像：一定質(zhì)量的某種氣體，在等壓過程中，氣體的體積V和熱力學(xué)溫度T圖線的延長線是過原點(diǎn)的傾斜直線，如圖244甲所示，且p1T2D由圖可知T1T2E由圖可知T1T2【解析】一定質(zhì)量的氣體的等溫線為雙曲線，由等溫線的物理意義可知，壓強(qiáng)與體積成反比，且在不同溫度下等溫線是不同的，所以A、B正確；對于一定質(zhì)量的氣體，溫度越高，等溫線離坐標(biāo)原點(diǎn)的位置就越遠(yuǎn)，故C、E錯誤，D正確【答案】ABD2如圖246所示為一定質(zhì)量氣體的等容線，下面說法中正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：74320035】圖246A直線AB的斜率是B0 時(shí)氣體的壓強(qiáng)為p0C溫度在接近0 K時(shí)氣體的壓強(qiáng)為零DBA延長線與橫軸交點(diǎn)為273 E壓強(qiáng)p與溫度t成正比【解析】在p t圖像上，等容線的延長線與t軸的交點(diǎn)坐標(biāo)為273 ，從圖中可以看出，0 時(shí)氣體壓強(qiáng)為p0，因此直線AB的斜率為，A、B、D正確；在接近0 K時(shí)，氣體已液化，因此不滿足查理定律，壓強(qiáng)不為零，C錯誤；壓強(qiáng)p與溫度t的關(guān)系是線性關(guān)系而不是成正比，E錯誤【答案】ABD3如圖247所示，甲、乙為一定質(zhì)量的某種氣體的等容或等壓變化圖像，關(guān)于這兩個(gè)圖像的正確說法是()甲乙圖247A甲是等壓線，乙是等容線B乙圖中p t線與t軸交點(diǎn)對應(yīng)的溫度是273.15 ，而甲圖中Vt線與t軸的交點(diǎn)不一定是273.15 C由乙圖可知，一定質(zhì)量的氣體，在任何情況下都是p與t成直線關(guān)系D乙圖表明溫度每升高1 ，壓強(qiáng)增加相同，但甲圖表明隨溫度的升高壓強(qiáng)不變E由甲圖表明溫度每升高1 ，體積的增加相同，但乙圖表明隨溫度的升高體積不變【解析】由查理定律pCTC(t273.15)及蓋呂薩克定律VCTC(t273.15)可知，甲圖是等壓線，乙圖是等容線，故A正確；由“外推法”可知兩種圖線的反向延長線與t軸的交點(diǎn)溫度為273.15 ，即熱力學(xué)溫度的0 K，故B錯；查理定律及蓋呂薩克定律是氣體的實(shí)驗(yàn)定律，都是在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的條件下得出的，當(dāng)壓強(qiáng)很大，溫度很低時(shí)，這些定律就不成立了，故C錯；由于圖線是直線，故D、E正確【答案】ADEp 圖像、p T圖像、VT圖像在原點(diǎn)附近都要畫成虛線.氣體實(shí)驗(yàn)定律的微觀解釋1玻意耳定律一定質(zhì)量的理想氣體，溫度保持不變時(shí)，分子的平均動能是一定的在這種情況下，體積減小時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，氣體的壓強(qiáng)增大2查理定律一定質(zhì)量的理想氣體，體積保持不變時(shí)，單位體積內(nèi)的分子數(shù)保持不變在這種情況下，溫度升高時(shí)，分子的平均動能增大，氣體的壓強(qiáng)也增大3蓋呂薩克定律一定質(zhì)量的理想氣體，溫度升高時(shí)，分子的平均動能增大只有氣體的體積同時(shí)增大，使單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，才可能保持壓強(qiáng)不變1溫度升高時(shí)，分子平均動能增大()2單位體積內(nèi)分子數(shù)增多，氣體壓強(qiáng)一定增大()3氣體溫度升高時(shí)，所有氣體分子的速率都增大()把小皮球拿到火爐上面烘烤一下，它就會變得更硬一些(假設(shè)忽略球的體積的變化)你有這種體驗(yàn)嗎？你怎樣解釋這種現(xiàn)象？【提示】小皮球內(nèi)單位體積的氣體分子數(shù)沒發(fā)生變化，把小皮球拿到火上烘烤，意味著球內(nèi)氣體分子的平均動能變大，故氣體的壓強(qiáng)增大，球變得比原來硬一些1玻意耳定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在溫度保持不變時(shí)，體積減小，壓強(qiáng)增大；體積增大，壓強(qiáng)減小(2)微觀解釋：一定質(zhì)量(m)的理想氣體，其分子總數(shù)(N)是一個(gè)定值，當(dāng)溫度(T)保持不變時(shí)，則分子的平均速率(v)也保持不變當(dāng)其體積(V)增大為原來的幾倍時(shí)，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)(n)變?yōu)樵瓉淼膸追种?，因此氣體的壓強(qiáng)變?yōu)樵瓉淼膸追种?；反之，若體積減小為原來的幾分之一，則壓強(qiáng)增大為原來的幾倍，即壓強(qiáng)與體積成反比這就是玻意耳定律2查理定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在體積保持不變時(shí)，溫度升高，壓強(qiáng)增大；溫度降低，壓強(qiáng)減小(2)微觀解釋：一定質(zhì)量(m)的氣體的總分子數(shù)(N)是一定的，體積(V)保持不變時(shí)其單位體積內(nèi)的分子數(shù)(n)也保持不變當(dāng)溫度(T)升高時(shí)，其分子運(yùn)動的平均速率(v)增大，則氣體壓強(qiáng)(p)增大；反之，當(dāng)溫度(T)降低時(shí)，氣體壓強(qiáng)(p)減小3蓋呂薩克定律(1)宏觀表現(xiàn)：一定質(zhì)量的氣體，在壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度升高，體積增大；溫度降低，體積減小(2)微觀解釋：一定質(zhì)量(m)的理想氣體的總分子數(shù)(N)是一定的，要保持壓強(qiáng)(p)不變，當(dāng)溫度(T)升高時(shí)，全體分子運(yùn)動的平均速率v會增大，那么單位體積內(nèi)的分子數(shù)(n)一定要減小(否則壓強(qiáng)不可能不變)，因此氣體體積(V)一定增大；反之當(dāng)溫度降低時(shí)，同理可推出氣體體積一定減小4對于一定質(zhì)量的氣體，當(dāng)它的壓強(qiáng)和體積發(fā)生變化時(shí)，以下說法正確的是()A壓強(qiáng)和體積都增大時(shí)，其分子平均動能不可能不變B壓強(qiáng)和體積都增大時(shí)，其分子平均動能有可能減小C壓強(qiáng)和體積都增大時(shí)，其分子的平均動能一定增大D壓強(qiáng)增大，體積減小時(shí)，其分子平均動能一定不變E壓強(qiáng)減小，體積增大時(shí)，其分子平均動能可能增大【解析】質(zhì)量一定的氣體，分子總數(shù)不變，體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減??；體積減小，單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，根據(jù)氣體壓強(qiáng)與單位體積內(nèi)分子數(shù)和分子的平均動能這兩個(gè)因素的關(guān)系，可判斷A、C、E正確，B、D錯誤【答案】ACE5在一定的溫度下定質(zhì)量的氣體體積減小時(shí)，氣體的壓強(qiáng)增大，下列說法不正確的是()【導(dǎo)學(xué)號：74320036】A單位體積內(nèi)的分子數(shù)增多，單位時(shí)間內(nèi)分子對器壁碰撞的次數(shù)增多B氣體分子的密度變大，分子對器壁的吸引力變大C每個(gè)氣體分子對器壁的平均撞擊力都變大D氣體密度增大，單位體積內(nèi)分子重量變大E一定溫度下，氣體分子的平均速率不變【解析】氣體壓強(qiáng)的微觀表現(xiàn)是氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)對單位面積器壁的碰撞次數(shù)，是由分子的平均動能和單位體積內(nèi)的分子數(shù)共同決定的溫度不變一定說明氣體分子的平均動能不變，氣體體積減小時(shí)單位體積內(nèi)分子數(shù)增多，故氣體的壓強(qiáng)增大故A、E正確，選項(xiàng)為B、C、D.【答案】BCD6(2016昆明高二檢測)如圖248所示，一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)A沿平行縱軸的直線變化到狀態(tài)B，則它的狀態(tài)變化過程的下列說法不正確的是()圖248A氣體的溫度不變B氣體的內(nèi)能增加C氣體的分子平均速率減小D氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積上碰撞的次數(shù)不變E氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積上碰撞的次數(shù)增加【解析】從p V圖像中的AB圖線看，氣體狀態(tài)由A變到B為等容升壓，根據(jù)查理定律，一定質(zhì)量的氣體當(dāng)體積不變時(shí)，壓強(qiáng)跟熱力學(xué)溫度成正比，所以壓強(qiáng)增大，溫度升高，A錯誤一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能僅由溫度決定，所以氣體的溫度升高，內(nèi)能增加，B正確氣體的溫度升高，分子平均速率增大，C錯誤氣體壓強(qiáng)增大，則氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積上碰撞的次數(shù)增加，D錯誤，E正確【答案】ACD1宏觀量溫度的變化對應(yīng)著微觀量分子動能平均值的變化宏觀量體積的變化對應(yīng)著氣體分子密集程度的變化2壓強(qiáng)的變化可能由兩個(gè)因素引起，即分子熱運(yùn)動的平均動能和分子的密集程度，可以根據(jù)氣體變化情況選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)定律加以判斷理想氣體1理想氣體在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體2理想氣體與實(shí)際氣體在溫度不低于零下幾十?dāng)z氏度、壓強(qiáng)不超過大氣壓的幾倍的條件下，把實(shí)際氣體當(dāng)做理想氣體來處理1實(shí)際氣體在常溫常壓下可看做理想氣體()2能嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體是理想氣體()3理想氣體在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律()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？【提示】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1理想氣體：理想氣體是對實(shí)際氣體的一種科學(xué)抽象，就像質(zhì)點(diǎn)模型一樣，是一種理想模型，實(shí)際并不存在2特點(diǎn)(1)嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)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(jì)，分子不占空間，可視為質(zhì)點(diǎn)(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，內(nèi)能等于所有分子熱運(yùn)動的動能之和，只和溫度有關(guān)3理想氣體狀態(tài)方程與氣體實(shí)驗(yàn)定律的關(guān)系7關(guān)于理想氣體，下列說法正確的是()A理想氣體能嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律B實(shí)際氣體在溫度不太高、壓強(qiáng)不太大的情況下，可看成理想氣體C實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的情況下，可看成理想氣體D所有的實(shí)際氣體在任何情況下，都可以看成理想氣體E一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能的變化只與溫度有關(guān)【解析】理想氣體是在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都能遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體，A選項(xiàng)正確它是實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大情況下的抽象，故C正確；理想氣體分子除碰撞外，無相互作用的引力和斥力，故無分子勢能的變化，故E正確【答案】ACE8我國“蛟龍”號深海探測船載人下潛超過7 000 m，再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄在某次深潛實(shí)驗(yàn)中，“蛟龍”號探測到990 m深處的海水溫度為280 K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249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T0300 K，壓強(qiáng)p01 atm，封閉氣體的體積V03 m3.如果將該汽缸下潛至990 m深處，此過程中封閉氣體可視為理想氣體求990 m深處封閉氣體的體積(1 atm相當(dāng)于10 m深的海水產(chǎn)生的壓強(qiáng))圖249【解析】當(dāng)汽缸下潛至990 m時(shí)，設(shè)封閉氣體的壓強(qiáng)為p，溫度為T，體積為V，由題意可知p100 atm根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得代入數(shù)據(jù)得V2.8102 m3.【答案】2.8102 m31理想氣體是一種理想化的模型(1)理想氣體是像質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷一樣，為了研究問題的方便而抽象的一種模型，實(shí)際并不存在(2)實(shí)際氣體在溫度不低于幾十?dāng)z氏度，壓強(qiáng)不超過大氣壓的幾倍時(shí)，都可以當(dāng)成理想氣體處理2理想氣體的內(nèi)能僅與溫度有關(guān)(1)對于一切物體而言，物體的內(nèi)能包括分子動能和分子勢能(2)對于理想氣體而言，其微觀本質(zhì)是忽略了分子力，即不存在分子勢能，只有分子動能，故一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能完全由溫度決定3應(yīng)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(zhì)量的氣體；(2)確定氣體在始末狀態(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)討論結(jié)果的合理性