【成才之路】2014-2015学年高中物理-第8章-第3节理想气体的状态方程课件-新人教版选修3-3

成才之路·物理路漫漫其修远兮吾将上下而求索人教版·选修3-3气体第八章第三节理想气体的状态方程第八章学习目标定位1课堂情景切入2知识自主梳理3重点难点突破4考点题型设计5课后强化作业6学习目标定位※了解理想气体模型※※掌握理想气体状态方程的内容和表达式，并能应用方程解决实际问题课堂情景切入燃烧器喷出熊熊烈焰，巨大的气球缓缓膨胀……如果有朝一日你乘坐热气球在蓝天翱翔，那将是一件有趣而刺激的事情，热气球在升空过程中它的状态参量发生了怎样的变化？遵循什么规律？知识自主梳理1．定义在________温度、_____压强下都严格遵从气体实验定律的气体。2．理想气体与实际气体理想气体任何任何1．内容一定质量的某种理想气体在从一个状态1变化到另一个状态2时，尽管p、V、T都可能改变，但是压强跟_____的乘积与热力学温度的_______保持不变。理想气体状态方程体积比值3．适用条件一定_____的理想气体。2．公式p1V1T1＝______或pVT＝_______p2V2T2恒量质量重点难点突破一、理想气体1．含义为了研究方便，可以设想一种气体，在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律，我们把这样的气体叫做理想气体。2．特点(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程。(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子可视为质点。(3)理想气体分子除碰撞外，无相互作用的引力和斥力，故无分子势能，理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和，一定质量的理想气体内能只与温度有关。特别提醒：理想气体是不存在的，它是实际气体在一定程度的近似，是一种理想化的模型。“理想气体”如同力学中的“质点”、“弹簧振子”一样，是一种理想的物理模型。二、理想气体的状态方程1．理想气体状态方程与气体实验定律p1V1T1＝p2V2T2⇒T1＝T2时，p1V1＝p2V2玻意耳定律V1＝V2时，p1T1＝p2T2查理定律p1＝p2时，V1T1＝V2T2盖—吕萨克定律2．推论根据气体的密度ρ＝mV，可得气体的密度公式p1T1ρ1＝p2T2ρ2。适用条件：温度不太低(与常温比较)、压强不太大(与大气压比较)。3．应用状态方程解题的一般步骤(1)明确研究对象，即一定质量的理想气体；(2)确定气体在始末状态的参量p1、V1、T1及p2、V2、T2；(3)由状态方程列式求解；(4)讨论结果的合理性。特别提醒：(1)注意方程中各物理量的单位。T必须是热力学温度，公式两边中p和V单位必须统一，但不一定是国际单位。(2)在涉及到气体的内能、分子势能问题中要特别注意是否为理想气体，在涉及气体的状态参量关系时往往将实际气体当作理想气体处理，但这时往往关注的是是否满足一定质量。已知湖水深度为20m，湖底水温为4℃，水面温度为17℃，大气压强为1.0×105Pa。当一气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的(取g＝10m/s2，ρ水＝1.0×103kg/m3)()A．12.8倍B．8.5倍C．3.1倍D．2.1倍答案：C解析：湖底压强大约为p0＋ρ水gh，即3个大气压，由气体状态方程，3p0V14＋273＝p0V217＋273，当一气泡从湖底缓慢升到水面时，其体积约为原来的3.1倍，选项C正确。三、一定质量的理想气体的各种图象类别图线特点举例p－VpV＝CT(其中C为恒量)，即pV之积越大的等温线温度越高，线离原点越远p－1/Vp＝CT1V，斜率k＝CT，即斜率越大，温度越高类别图线特点举例p－Tp＝CVT，斜率k＝CV，即斜率越大，体积越小V－TV＝CpT，斜率k＝Cp，即斜率越大，压强越小(盐城市2013～2014学年高二下学期期末)如图甲所示，一定质量理想气体的状态沿1→2→3→1的顺序作循环变化，若用V－T或p－V图象表示这一循环，乙图中表示可能正确的选项是()答案：D解析：在p－T图象中1→2过原点，所以1→2为等容过程，体积不变，而从2→3气体的压强不变，温度降低，3→1为等温过程，D正确。考点题型设计一水银气压计中混进了空气，因而在27℃，外界大气压为758mmHg时，这个水银气压计的读数为738mmHg，此时管中水银面距管顶80mm，当温度降至－3℃时，这个气压计的读数为743mmHg，求此时的实际大气压值。理想气体状态方程的应用解析：(1)封闭气体的压强与水银柱的压强之和等于大气压强。(2)首先应确定初末状态各状态参量，明确哪些量已知，哪些量未知，然后列方程求解。初状态：p1＝(758－738)mmHg＝20mmHg，V1＝80Smm3(S是管的横截面积)T1＝(273＋27)K＝300K末状态：p2＝p－743mmHg答案：762.2mmHgV2＝(738＋80)Smm3－743Smm3＝75Smm3T2＝273K＋(－3)K＝270K根据理想气体的状态方程p1V1T1＝p2V2T2得20×80S300＝p－743×75S270解得：p＝762.2mmHg如图所示，一个密闭的气缸，被活塞分成体积相等的左、右两室，气缸壁与活塞是不导热的；它们之间没有摩擦，两室中气体的温度相等。现利用电热丝对右室加热一段时间，达到平衡后，左室的体积变为原来的34，气体的温度T1＝300K，求右室气体的温度。答案：500K解析：根据题意对气缸中左、右两室中气体的状态进行分析：左室的气体：加热前p0、V0、T0，加热后p1、34V0，T1；右室的气体：加热前p0、V0、T0，加热后p1、54V0、T2。根据理想气体状态方程：pVT＝恒量，左室气体p0V0T0＝p134V0T1，右室气体p0V0T0＝p154V0T2，所以p134V0300K＝p154V0T2，所以T2＝500K。使一定质量的理想气体按图甲中箭头所示的顺序变化，图中BC段是以纵轴和横轴为渐近线的双曲线。(1)已知气体在状态A的温度TA＝300K，求气体在状态B、C和D的温度各是多少？图象问题(2)将上述状态变化过程在图乙中画成体积V和温度T表示的图线(图中要标明A、B、C、D四点，并且要画箭头表示变化的方向)。说明每段图线各表示什么过程。解析：p－V图中直观地看出，气体在A、B、C、D各状态下压强和体积为VA＝10L，pA＝4atm，pB＝4atm，pC＝2atm，pD＝2atm，VC＝40L，VD＝20L。(1)根据理想气体状态方程pAVATA＝pCVCTC＝pDVDTD，可得TC＝pCVCpAVA·TA＝2×404×10×300K＝600K，TD＝pDVDpAVA·TA＝2×204×10×300K＝300K，由题意TB＝TC＝600K。(2)由状态B到状态C为等温变化，由玻意耳定律有pBVB＝pCVC，得VB＝pCVCpB＝2×404L＝20L。在V－T图上状态变化过程的图线由A、B、C、D各状态依次连接(如图)，AB是等压膨胀过程，BC是等温膨胀过程，CD是等压压缩过程。如图所示，用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸中，用水平外力F作用于活塞杆，使活塞缓慢向右移动，由状态①变化到状态②，如果环境保持恒温，分别用p、V、T表示该理想气体的压强、体积、温度。气体从状态①变化到状态②，此过程可用下图中哪几个图象表示()答案：AD解析：由题意知，由状态①到状态②过程中，温度不变，体积增大，根据pVT＝C可知压强将减小。对A图象进行分析，p－V图象是双曲线即等温线，且由①到②体积增大，压强减小，故A正确；对B图象进行分析，p－V图象是直线，温度会发生变化，故B错误；对C图象进行分析，可知温度不变，体积却减小，故C错误；对D图象进行分析，可知温度不变，压强是减小的，故体积增大，D选项正确。如果病人在静脉输液时，不慎将5mL的空气柱输入体内，会造成空气栓塞，致使病人死亡。设空气柱在输入体内前的压强为760mmHg，温度为27℃，人的血压为120/80mmHg，试估算空气柱到达心脏处时，在收缩压和扩张压两种状态下，空气柱的体积分别为多少？探究·应用解析：空气柱的初状态参量：p0＝760mmHg，V0＝5mL，T0＝300K。它在体内收缩压时的状态参量：p1＝120mmHg，T1＝310K。由理想气体状态方程：p0V0T0＝p1V1T1，得V1＝p0V0T1p1T0＝760×5×310300×120mL≈32.7mL。它在体内扩张压时的状态参量：p2＝80mmHg，T2＝310K。由理想气体状态方程：p0V0T0＝p2V2T2，得V2＝p0V0T2p2T0＝760×5×310300×80mL≈49.1mL。答案：32.7mL49.1mL为了控制温室效应，各国科学家提出了不少方法和设想。有人根据液态CO2密度大于海水密度的事实，设想将CO2液化后，送入深海海底，以减小大气中的CO2的浓度。为使CO2液化，最有效的措施是()A．减压、升温B．增压、升温C．减压、降温D．增压、降温答案：D解析：要将CO2液化需减小体积，根据pVT＝C，知D选项正确。