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(xué)思維掌握理想氣體狀態(tài)方程的內(nèi)容和表達式，并能應(yīng)用方程解決實際問題科學(xué)探究能用氣體分子動理論解釋三個氣體實驗定律科學(xué)態(tài)度與責(zé)任通過理想氣體、氣體實驗定律的微觀解釋知識應(yīng)用的實例，感受物理中科學(xué)技術(shù)與社會的緊密聯(lián)系，體會科學(xué)知識的應(yīng)用價值，進一步增強學(xué)生的學(xué)習(xí)動力和科學(xué)意識。知識點一理想氣體【情境導(dǎo)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(zhì)點．它是對實際氣體的一種科學(xué)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(nèi)能等于所有分子熱運動的動能之和，一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能只和溫度有關(guān)．【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(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能與溫度、體積都有關(guān)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(dǎo)入】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(dǎo)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(guān)系．【知識梳理】1．內(nèi)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(zhì)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(guān)系，與中間的變化過程無關(guān)．(3)公式中常量C僅由氣體的種類和質(zhì)量決定，與狀態(tài)參量(p、V、T)無關(guān)．(4)方程中各量的單位：溫度T必須是熱力學(xué)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(nèi)水銀將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在U形管內(nèi)，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(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(jié)果的合理性．知識點三氣體實驗定律的微觀解釋【情境導(dǎo)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(guān)？(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(shè)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(zhì)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(nèi)、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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(nèi)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(nèi)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(xùn)練一、單選題1．如圖所示，一定質(zhì)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(nèi)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(zhì)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(guān)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(nèi)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(zhì)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(nèi)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(nèi)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(zhì)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(zhì)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(yīng)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(nèi)被A、B兩活塞封有一定質(zhì)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(nèi)氣體溫度為，活塞在圖示位置保持靜止，若缸內(nèi)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(nèi)氣體的體積、溫度、壓強都將發(fā)生變化D．缸內(nèi)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(zhì)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(nèi)對容器壁的碰撞次數(shù)增大8．一定質(zhì)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(nèi)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(yīng)四種說法，其中正確的是（）A．圖甲中微粒的運動就是物質(zhì)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(guān)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(zhì)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(zhì)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(nèi)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(nèi)碰撞器壁單位面積的分子數(shù)減少11．一定質(zhì)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(nèi)能比狀態(tài)B時小B．氣體分子單位時間內(nèi)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(nèi)部粗細均勻透明吸管，接口用蠟密封，在吸管內(nèi)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(nèi)氣體的壓強不變C．罐內(nèi)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(nèi)碰撞單位面積器壁的分子數(shù)增加13．如圖所示，一定質(zhì)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(nèi)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(nèi)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(zhì)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