物理选修省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

3 理想气体状态方程第1页1.1.了解理想气体模型，并知道实际气体在什么情况下能够看成了解理想气体模型，并知道实际气体在什么情况下能够看成理想气体理想气体.2.2.能够从气体定律推出理想气体状态方程能够从气体定律推出理想气体状态方程.3.3.掌握理想气体状态方程内容和表示式，并能应用方程处理实掌握理想气体状态方程内容和表示式，并能应用方程处理实际问题际问题.第2页重点：重点：1.1.理想气体成立条件理想气体成立条件.2.2.理想气体状态方程理想气体状态方程.难点：用理想气体状态方程处理实际问题难点：用理想气体状态方程处理实际问题.第3页一、理想气体一、理想气体1.1.定义：在定义：在_温度、温度、_压强下都严格遵从气体试验定律压强下都严格遵从气体试验定律气体气体.2.2.理想气体与实际气体理想气体与实际气体任何任何任何任何第4页【想一想】【想一想】在实际生活中理想气体是否真存在？有何意义？在实际生活中理想气体是否真存在？有何意义？提提醒醒：不不存存在在.是是一一个个理理想想化化模模型型，不不会会真真存存在在，是是对对实实际际气气体科学抽象体科学抽象.第5页二、理想气体状态方程二、理想气体状态方程1.1.内容：一定质量某种理想气体，在从一个状态改变到另一内容：一定质量某种理想气体，在从一个状态改变到另一个状态时，压强跟体积个状态时，压强跟体积_与热力学温度与热力学温度_保持不变保持不变.2.2.公式：公式：=或或 =恒量恒量._ _ _ _ _ _3.3.适用条件：一定适用条件：一定_理想气体理想气体.比值比值乘积乘积质量质量第6页【判一判】【判一判】（1 1）一定质量气体体积、压强不变，只有温度升高）一定质量气体体积、压强不变，只有温度升高.（）（2 2）一定质量气体温度不变时，体积、压强都增大）一定质量气体温度不变时，体积、压强都增大.（）（3 3）一定质量气体，体积、压强、温度都能够改变）一定质量气体，体积、压强、温度都能够改变.（）提醒：提醒：（1 1）描述气体三个状态参量只有一个改变是不可能）描述气体三个状态参量只有一个改变是不可能，（，（1 1）错误）错误.（2 2）一定质量气体温度不变时，压强与体积成反比，（）一定质量气体温度不变时，压强与体积成反比，（2 2）错误错误.（3 3）由理想气体状态方程可知一定质量气体，体积、压）由理想气体状态方程可知一定质量气体，体积、压强、温度都能够改变，（强、温度都能够改变，（3 3）正确）正确.第7页 理想气体状态方程理想气体状态方程【探【探究究导引】导引】一定质量理想气体在外界条件发生改变时，其状态会发生改变，一定质量理想气体在外界条件发生改变时，其状态会发生改变，请思索以下几个问题：请思索以下几个问题：（1 1）能够用哪些参量来描述气体状态？）能够用哪些参量来描述气体状态？（2 2）气体状态发生改变时这些状态参量恪守什么规律？）气体状态发生改变时这些状态参量恪守什么规律？第8页【关键点整合】【关键点整合】1.1.理想气体特点理想气体特点理想气体是一个理想模型，是实际气体一个近似，就像质点、理想气体是一个理想模型，是实际气体一个近似，就像质点、点电荷模型一样，突出问题主要方面，忽略次要方面，是物理点电荷模型一样，突出问题主要方面，忽略次要方面，是物理学中惯用方法学中惯用方法.（1 1）严格恪守气体试验定律及理想气体状态方程）严格恪守气体试验定律及理想气体状态方程.（2 2）理想气体分子本身大小与分子间距离相比忽略不计，分）理想气体分子本身大小与分子间距离相比忽略不计，分子视为质点子视为质点.第9页（3 3）理想气体分子除碰撞外，无相互作用引力和斥力，故无）理想气体分子除碰撞外，无相互作用引力和斥力，故无分子势能改变，一定质量理想气体内能改变只与温度相关分子势能改变，一定质量理想气体内能改变只与温度相关.第10页2.2.理想气体状态方程与气体试验定律理想气体状态方程与气体试验定律第11页【尤其提醒】（1）在温度不太低，压强不太大时，实际气体能够当成理想气体来处理.（2）在包括气体状态参量关系时往往将实际气体当做理想气体处理，但这时往往关注是气体质量是否一定.第12页【典例【典例1 1】（】（泉州高二检测）泉州高二检测）一水银气压计中混进了空气，因而一水银气压计中混进了空气，因而在在27 27，外界大气压为，外界大气压为758 mmHg 758 mmHg 时，这个水银气压计读数为时，这个水银气压计读数为738 mmHg738 mmHg，此时管中水银面距管顶，此时管中水银面距管顶80 mm80 mm，当温度降至，当温度降至-3-3 时，这个气压计读数为时，这个气压计读数为743 mmHg743 mmHg，求此时实际大气压值为多少求此时实际大气压值为多少mmHgmmHg？第13页【思绪点拨】【思绪点拨】解答本题应注意以下三点：解答本题应注意以下三点：关键点关键点（1 1）研究对象是混入水银气压计中空气）研究对象是混入水银气压计中空气.（2 2）确定被封闭气体始末两个状态气体压强及温度和体积）确定被封闭气体始末两个状态气体压强及温度和体积.（3 3）依据理想气体状态方程确定初、末状态各参量关系）依据理想气体状态方程确定初、末状态各参量关系.第14页【规范解答】【规范解答】初状态：初状态：p p1 1=（758-738758-738）mmHg=20 mmHg mmHg=20 mmHg，V V1 1=80S mm=80S mm3 3（S S是管横截面积）是管横截面积）T T1 1=（273+27273+27）K=300 K K=300 K末状态：末状态：p p2 2=p-743 mmHg=p-743 mmHgV V2 2=（738+80738+80）S mmS mm3 3-743S mm-743S mm3 3=75S mm=75S mm3 3T T2 2=273 K+=273 K+（-3-3）K=270 K K=270 K第15页依据理想气体状态方程依据理想气体状态方程 得得解得：解得：p=762.2 mmHgp=762.2 mmHg答案：答案：762.2 mmHg762.2 mmHg第16页【总结提升】【总结提升】应用理想气体状态方程解题普通步骤应用理想气体状态方程解题普通步骤（1 1）明确研究对象，即一定质量理想气体）明确研究对象，即一定质量理想气体.（2 2）确定气体在始末状态参量）确定气体在始末状态参量p p1 1、V V1 1、T T1 1及及p p2 2、V V2 2、T T2 2.（3 3）由状态方程列式求解）由状态方程列式求解.（4 4）讨论结果合理性）讨论结果合理性.第17页 理想气体三种状态改变图象描述理想气体三种状态改变图象描述【探究【探究导导引引】一定质量理想气体经历如图所表示一系列一定质量理想气体经历如图所表示一系列过程过程abab、bcbc、cdcd和和dada，这四段过程在，这四段过程在p-Tp-T图图上都是直线段，其中上都是直线段，其中abab延长线经过坐标原延长线经过坐标原点，点，bcbc垂直于垂直于abab，而，而cdcd平行于平行于abab，结合图象，结合图象思索以下问题：思索以下问题：（1 1）abab过程中气体体积怎样改变？过程中气体体积怎样改变？（2 2）b b、c c两状态气体体积哪一个大？两状态气体体积哪一个大？第21页【关键点整合】【关键点整合】1.1.一定质量气体不一样图象比较一定质量气体不一样图象比较名名 称称图图 象象特特 点点其它图象等等温温线线p-Vp-Vp-1/Vp-1/VpV=CTpV=CT（C C为常量）为常量）即即pVpV之积越大等之积越大等温线对应温度越温线对应温度越高，离原点越远高，离原点越远 斜率斜率k=CTk=CT即斜率越大，对应即斜率越大，对应温度越高温度越高第22页名名 称称图图 象象特特 点点其它图象等等容容线线p-Tp-Tp-tp-t图线延长线均过图线延长线均过点（点（-273-273，0 0），），斜率越大，对应斜率越大，对应体积越小体积越小 斜率斜率即斜率越大，对应即斜率越大，对应体积越小体积越小第23页名名 称称图图 象象特特 点点其它图象等等压压线线V-TV-TV-t V-t 斜率斜率即斜率越大，对应即斜率越大，对应压强越小压强越小V V与与t t成线性关系，成线性关系，但不成正比，图线但不成正比，图线延长线均过点延长线均过点（-273-273，0 0），斜），斜率越大，对应压率越大，对应压强越小强越小 第24页2.2.普通状态改变图象处理方法，化普通状态改变图象处理方法，化“普通普通”为为“特殊特殊”，如图，如图是一定质量某种气体状态改变过程是一定质量某种气体状态改变过程ABCA.ABCA.在在V-TV-T图线上，图线上，等压线是一簇延长线过原点直线，过等压线是一簇延长线过原点直线，过A A、B B、C C三点作三条等压三点作三条等压线分别表示三个等压过程线分别表示三个等压过程p pAAppBBppCC，即，即p pA AppB B p pC C，所以，所以ABAB压强增大，温度降低，体积减小，压强增大，温度降低，体积减小，BCBC温度升高，温度升高，体积减小，压强增大，体积减小，压强增大，CACA温度降低，体积增大，压强减小温度降低，体积增大，压强减小.第25页【尤其提醒】【尤其提醒】图象问题要利用好几条线，如图象问题要利用好几条线，如V-tV-t、p-tp-t延长线及延长线及p-1/Vp-1/V、p-Tp-T、V-TV-T过原点线，还有与两个轴平行辅助线过原点线，还有与两个轴平行辅助线.第26页【典例【典例2 2】如图所表示，水平放置汽缸内壁光滑，活塞厚度不】如图所表示，水平放置汽缸内壁光滑，活塞厚度不计，在计，在A A、B B两处设有限制装置，使活塞只能在两处设有限制装置，使活塞只能在A A、B B之间运动，之间运动，B B左面汽缸容积为左面汽缸容积为V V0 0.A.A、B B之间容积为之间容积为0.1V0.1V0 0，开始时活塞，开始时活塞在在B B处，缸内气体压强为处，缸内气体压强为0.9p0.9p0 0（p p0 0为大气压强），温度为为大气压强），温度为297 K297 K，现迟缓加热汽缸内气体，直至，现迟缓加热汽缸内气体，直至399.3 K.399.3 K.求：求：第27页（1 1）活塞刚离开）活塞刚离开B B处时温度处时温度T TB B.（2 2）缸内气体最终压强）缸内气体最终压强p p3 3.（3 3）在图中画出整个过程）在图中画出整个过程p-Vp-V图线图线.【思绪点拨】【思绪点拨】解答本题应注意以下两点：解答本题应注意以下两点：关键点关键点（1 1）活活塞塞刚刚离离开开B B处处时时，此此时时封封闭闭气气体体压压强强为为p p0 0,而而刚刚离离开开时时体积仍为体积仍为V V0 0.（2 2）最终活塞被）最终活塞被A A处装置卡住，气体体积为处装置卡住，气体体积为1.1V1.1V0 0.第28页【规范解答】【规范解答】（1 1）活塞刚离开）活塞刚离开B B处时，体积不变，封闭气体处时，体积不变，封闭气体压强为压强为p p2 2=p=p0 0,由查理定律得由查理定律得:解得解得T TB B=330 K.=330 K.（2 2）以封闭气体为研究对象，活塞开始在）以封闭气体为研究对象，活塞开始在B B处时，处时，p p1 1=0.9p=0.9p0 0,V V1 1=V=V0 0,T,T1 1=297 K;=297 K;活塞最终在活塞最终在A A处时：处时：V V3 3=1.1V=1.1V0 0,T,T3 3=399.3 K,=399.3 K,由理想气体状态方程得由理想气体状态方程得 故故第29页（3 3）如图所表示，封闭气体由状态）如图所表示，封闭气体由状态1 1保持体积不变，温度升高，保持体积不变，温度升高，压强增大到压强增大到p p2 2=p=p0 0到达状态到达状态2 2，再由状态，再由状态2 2先做等压改变，温度先做等压改变，温度升高，体积增大，当体积增大到升高，体积增大，当体积增大到1.1V1.1V0 0后再等容升温，使压强后再等容升温，使压强到达到达1.1p1.1p0 0.答案：答案：（1 1）330 K 330 K （2 2）1.1p1.1p0 0 （3 3）见规范解答）见规范解答 第30页【总结提升】【总结提升】理想气体状态方程解题技巧理想气体状态方程解题技巧（1 1）挖挖掘掘隐隐含含条条件件，找找出出临临界界点点，临临界界点点是是两两个个状状态态改改变变过过程程分分界界点点，正正确确找找出出临临界界点点是是解解题题基基本本前前提提，本本题题中中活活塞塞刚刚离离开开B B处和刚抵达处和刚抵达A A处是两个临界点处是两个临界点.（2 2）找到临界点，确定临界点前后不一样改变过程，再利用）找到临界点，确定临界点前后不一样改变过程，再利用对应物理规律解题，本题中三个过程先是等容改变，然后是等对应物理规律解题，本题中三个过程先是等容改变，然后是等压改变，最终又是等容改变压改变，最终又是等容改变.第31页【温馨提醒】【温馨提醒】应用理想气体状态方程应用理想气体状态方程 解答相关联解答相关联两部分气体问题是重点也是难点，关键是确定两部分气两部分气体问题是重点也是难点，关键是确定两部分气体相关联物理量关系体相关联物理量关系.第38页考查内容考查内容相关联两部分气体【典例】用销钉固定活塞把容器【典例】用销钉固定活塞把容器分成分成A A、B B两部分，其容积之比两部分，其容积之比V VA AV VB B=21,=21,如图所表示，起初如图所表示，起初A A中有温度中有温度为为127 127、压强为、压强为1.8101.8105 5 PaPa空空气，气，B B中有温度为中有温度为27 27，压强为，压强为1.2101.2105 5 Pa Pa空气，拔去销空气，拔去销钉，使活塞能够无摩擦地移动但不漏气，因为容器壁迟缓导钉，使活塞能够无摩擦地移动但不漏气，因为容器壁迟缓导热，最终都变成室温热，最终都变成室温27 27，活塞也停住，求最终，活塞也停住，求最终A A、B B中气体中气体压强压强.第39页【思绪点拨】【思绪点拨】解答本题应注意以下两点：解答本题应注意以下两点：关键点关键点（1 1）活塞停住时两部分气体压强相等）活塞停住时两部分气体压强相等.（2 2）此两部分气体体积之和不变）此两部分气体体积之和不变.第40页【规范解答】【规范解答】对对A A气体，初态：气体，初态：p pA A=1.810=1.8105 5 Pa Pa，T TA A=（273+127273+127）K=400 K.K=400 K.末态：末态：TTA A=（273+27273+27）K=300 K K=300 K，由理想气体状态方程由理想气体状态方程 得：得：对对B B气体，初态：气体，初态：p pB B=1.210=1.2105 5 Pa,T Pa,TB B=300 K.=300 K.末态：末态：T TB B=（273+27273+27）K=300 K.K=300 K.第41页由理想气体状态方程由理想气体状态方程 得：得：又又V VA A+V+VB B=V=VA A+V+VB B V VA AVVB B=21 =21 p pA A=p=pB B 由由得得p pA A=p=pB B=1.310=1.3105 5 Pa.Pa.答案：答案：均为均为1.3101.3105 5 Pa Pa 第42页理想气体状态方程应用理想气体状态方程应用应用理想气体状态方程应用理想气体状态方程 时，只需要确定一定质量时，只需要确定一定质量理想气体为研究对象及两个状态状态参量，而不需要确定气理想气体为研究对象及两个状态状态参量，而不需要确定气体改变中间过程体改变中间过程.确定粗细均匀确定粗细均匀U U型管中气体压强时，当一侧管中液面下降或型管中气体压强时，当一侧管中液面下降或上升上升x x时，两侧管中液面高度差为时，两侧管中液面高度差为2x.2x.第43页【案案例例展展示示】如如图图所所表表示示，粗粗细细均均匀匀一一端端封封闭闭一一端端开开口口U U形形玻玻璃璃管管，当当t t1 131 31，大大气气压压强强p p0 01 1 atmatm，两两管管水水银银面面相相平平，这时左管被封闭气柱长这时左管被封闭气柱长l1 18 cm.8 cm.求：求：第44页（1 1）当温度）当温度t t2 2等于等于_左管气柱长左管气柱长l2 2为为9 cm.9 cm.（2 2）当温度到达上问中温度）当温度到达上问中温度t t2 2时，为使左管气柱长时，为使左管气柱长l3 3为为8 cm8 cm，则应在右管加入，则应在右管加入_cm_cm水银柱水银柱.【规范解答】【规范解答】（1 1）将左管中气柱作为研究对象：初状态）将左管中气柱作为研究对象：初状态p p1 176 cmHg76 cmHg，V V1 1l1 1S S8S cm8S cm3 3（设截面积为（设截面积为S S），），T T1 1t t1 1273 K273 K304 K304 K，又因左管水银面下降，又因左管水银面下降1 cm1 cm，右管水银面一定上升，右管水银面一定上升1 cm1 cm，则左右两管水银面高度差为，则左右两管水银面高度差为2 cm.2 cm.末状态：末状态：p p2 2（76762 2）cmHg cmHg78 cmHg78 cmHg，V V2 29S cm9S cm3 3，由，由 得得t t2 278 78 第45页（2 2）在）在78 78 情况下，气柱从情况下，气柱从9 cm9 cm减小到减小到8 cm8 cm，体积减小，压，体积减小，压强一定增大，即压强大于强一定增大，即压强大于78 cmHg78 cmHg，故一定要在右管加水银，故一定要在右管加水银由由 现在现在V V1 1V V3 3，则，则 故应加水故应加水银长度为（银长度为（87.7587.757676）cm cm11.75 cm.11.75 cm.答案：答案：（1 1）78 78 （2 2）11.7511.75第46页易错角度易错角度错错 误误 原原 因因误认为左管气柱长增加误认为左管气柱长增加1 cm1 cm，两管高，两管高度差为度差为1 cm,p1 cm,p2 2（76761 1）cmHg cmHg77 cmHg77 cmHg（1 1）封闭气）封闭气体压强计算错体压强计算错误误【易错分析】【易错分析】本题易错角度及错误原因分析以下：本题易错角度及错误原因分析以下：（2 2）应加水）应加水银长度计算错银长度计算错误误误认为应加水银长度为误认为应加水银长度为（87.7587.757878）cm cm9.75 cm9.75 cm第47页第48页第49页