第二章第5節(jié)理想氣體

1、第5節(jié)理想氣體一、氣體實(shí)驗(yàn)定律的適用條件大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在溫度不太低、壓強(qiáng)不太高的條件下，一切氣體的狀態(tài)變化雖然 并非嚴(yán)格地遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律，但卻能較高程度上近似地遵守氣體的實(shí)驗(yàn)定律二、理想氣體1定義：在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體。2. 特點(diǎn)(1) 理想氣體是一種理想化的模型，實(shí)際不存在。(2) 理想氣體的分子除存在相互碰撞力外，不存在分子間力。(3) 理想氣體僅存在分子動(dòng)能，沒(méi)有分子勢(shì)能。特別提醒在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的條件下，一切實(shí)際氣體都可以當(dāng)做理想氣體來(lái)處理。1.判斷：(1)理想氣體客觀上是存在的，實(shí)際氣體不能看做理想氣體。(2)理想氣體分子間的作用力為零。()(

2、3)理想氣體等溫變化過(guò)程中，隨著體積的增大，內(nèi)能也是變大的。答案：(1)X(2)V (3) X2.思考：“溫度不太低、壓強(qiáng)不太大”的參考標(biāo)準(zhǔn)是什么?提示：所謂“溫度不太低、壓強(qiáng)不太大”是與常溫常壓相比較而言的。I理想氣體及其特點(diǎn)1.對(duì)理想氣體的理解就像力理想氣體是為了研究問(wèn)題方便提出的一種理想模型，是實(shí)際氣體的一種近似, 學(xué)中質(zhì)點(diǎn)、電學(xué)中點(diǎn)電荷模型一樣，突出問(wèn)題的主要方面，忽略次要方面，從而認(rèn)識(shí)物理 現(xiàn)象的本質(zhì)，是物理學(xué)中常用的方法。2.理想氣體的特點(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忽略不計(jì)，分子視為質(zhì)點(diǎn)。(3) 理想氣體分子除碰

3、撞外，無(wú)相互作用的引力和斥力，故無(wú)分子勢(shì)能的變化，一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能的變化只與溫度有關(guān)。3. 對(duì)理想氣體的幾點(diǎn)說(shuō)明(1) 理想氣體是不存在的。(2) 在常溫常壓下，大多數(shù)實(shí)際氣體，尤其是那些不易液化的氣體都可以近似地看成理 想氣體。(3) 在溫度不低于負(fù)幾十?dāng)z氏度，壓強(qiáng)不超過(guò)大氣壓的幾倍時(shí)，很多氣體都可當(dāng)成理想 氣體來(lái)處理。(4) 理想氣體的內(nèi)能僅由溫度和分子總數(shù)決定，與氣體的體積無(wú)關(guān)。在涉及氣體在涉及氣體的內(nèi)能、分子勢(shì)能問(wèn)題時(shí)要特別注意實(shí)際氣體是否為理想氣體,的狀態(tài)參量關(guān)系時(shí)往往將實(shí)際氣體當(dāng)做理想氣體處理,但這時(shí)往往關(guān)注的是氣體質(zhì)量是否一定。1.多選關(guān)于理想氣體，下列說(shuō)法正確的是()A

4、.理想氣體能嚴(yán)格地遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律B.實(shí)際氣體在溫度不太高、壓強(qiáng)不太小的情況下，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C正確，B、D錯(cuò)誤。解析：選AC 理想氣體是在任何溫度、任何壓強(qiáng)下都遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體, 正確；它是實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的情況下的抽象，故I理想氣體狀態(tài)方程1. 理想氣體狀態(tài)方程的推導(dǎo)假定一定質(zhì)量的理想氣體在開始狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量為(Pi, Vi, Ti),經(jīng)過(guò)某變化過(guò)程, 到末狀態(tài)時(shí)各狀態(tài)參量變?yōu)?(P2, V2, T2)，這中間的變化過(guò)程可以是各種各樣的。假設(shè)有兩種過(guò)程：

5、第一種：從(Pi ,Vi,Ti)先等溫并使其體積變?yōu)?V2,壓強(qiáng)隨之變?yōu)镻c,此中間狀態(tài)為(Pc, V2,Ti),再等容并使其溫度變?yōu)門2,則其壓強(qiáng)一定變?yōu)镻2,則末狀態(tài)(P2,V2,T2)。第二種：從(Pi, Vi, Ti)先等容并使其溫度變?yōu)?T2,則壓強(qiáng)隨之變?yōu)閜 C,此中間狀態(tài)為(P c,Vi,T2),再等溫并使其體積變?yōu)閂2,則壓強(qiáng)也一定變?yōu)镻2,也到末狀態(tài)(P2,V2,T2)。第一種假設(shè)的推導(dǎo)過(guò)程：從初態(tài)7中間態(tài)，由玻意耳定律得piVl= PcV2 從中間態(tài)7末態(tài)，由查理定律得Pc/Tl= P2/ T2由得黔需或譽(yù)C。2. 一定質(zhì)量的理想氣體的壓強(qiáng)、體積的乘積與熱力學(xué)溫度的比值是一

6、個(gè)常數(shù)，常數(shù)由兩個(gè)因素決定:(1)理想氣體的質(zhì)量。(2)理想氣體的種類。或者說(shuō)：常數(shù)是由氣體的物質(zhì)的量決定的(即不同種類的理想氣體，具有相同的狀態(tài),同時(shí)具有相同的物質(zhì)的量，這個(gè)恒量就相同3理想氣體狀態(tài)方程的使用條件：一定質(zhì)量的某種理想氣體。對(duì)于一定質(zhì)量的理想氣體的狀態(tài)可用三個(gè)狀態(tài)參量P、V、T來(lái)描述，且知道這三個(gè)狀(A. A7 B溫度升高,壓強(qiáng)不變B. B7C體積不變,壓強(qiáng)變大C . B7 C體積不變,壓強(qiáng)不變D . C7 D體積變小,壓強(qiáng)變大解析：選AD 由題圖可知，在A7B的過(guò)程中，氣體溫度升高體積變大，且體積與溫度成正比，由 罕=C,氣體壓強(qiáng)不變,故 A正確；由題圖可知，在 B7C的過(guò)程

7、中，體積不變而溫度降低，由器=C可知，壓強(qiáng)P減小，故B、C錯(cuò)誤；由題圖可知，在 C7 D的過(guò)程換句話說(shuō)：若其中任意態(tài)參量中只有一個(gè)變而另外兩個(gè)參量保持不變的情況是不會(huì)發(fā)生的。兩個(gè)參量確定之后，第三個(gè)參量一定有唯一確定的值。它們共同表征一定質(zhì)量理想氣體的唯 一確定的一個(gè)狀態(tài)。2.多選如圖所示，一定質(zhì)量的理想氣體，從圖示A狀態(tài)開始，經(jīng)歷了 B、C狀態(tài),最后到D狀態(tài)，下列判斷中正確的是pV中，氣體溫度不變，體積減小，由T = C可知，壓強(qiáng)P增大，故D正確。對(duì)理想氣體的理解例1多選對(duì)于一定量的理想氣體，下列說(shuō)法正確的是()A .若氣體的壓強(qiáng)和體積都不變，其內(nèi)能也一定不變B.若氣體的內(nèi)能不變，其狀態(tài)也一

8、定不變C .若氣體的溫度隨時(shí)間不斷升高，其壓強(qiáng)也一定不斷增大D .氣體溫度每升高1K所吸收的熱量與氣體經(jīng)歷的過(guò)程有關(guān)E.當(dāng)氣體溫度升高時(shí)，氣體的內(nèi)能一定增大思路點(diǎn)撥(1)理想氣體不考慮分子間的勢(shì)能，其內(nèi)能只是由溫度決定。(2)明確氣體的各狀態(tài)參量在不同條件下的變化關(guān)系及遵循的規(guī)律。解析對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，描述理想氣體的狀態(tài)參量有體積、壓強(qiáng)和溫度三個(gè),要么有兩個(gè)量發(fā)生變化， 要么有三個(gè)量發(fā)生變化， 當(dāng)體積和壓強(qiáng)不變時(shí)，溫度也不變，而其內(nèi)能僅由溫度決定，故其內(nèi)能不變，因此A正確。在等溫時(shí)，理想氣體內(nèi)能不變，但其狀態(tài)可以變化，并遵循玻意耳定律，故B錯(cuò)。由于V/T =常量，當(dāng)V與T成正比時(shí)，P不變,

9、D正確。由于E正確。故C錯(cuò)。改變物體的內(nèi)能有做功和熱傳遞兩種方式，對(duì)氣體也是如此，因此 理想氣體的內(nèi)能僅由溫度決定，溫度升高，內(nèi)能增大，故答案ADE借題發(fā)揮對(duì)于理想氣體，忽略分子間作用力和分子大小，而且無(wú)分子勢(shì)能，其內(nèi)能只由溫度和分子個(gè)數(shù)決定。理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用例2 教室的容積是100 m3，在溫度是7 C,大氣壓強(qiáng)為1.0X 105 Pa時(shí)，室內(nèi)空氣 的質(zhì)量是130 kg,當(dāng)溫度升高到 27 C，大氣壓強(qiáng)為1.2X 105 Pa時(shí)，教室內(nèi)空氣的質(zhì)量是 多少？解析以教室內(nèi)的氣體為研究對(duì)象。53初態(tài)：p1 = 1.0X 10 Pa, V1 = 100 m ,Ti = (273 + 7)K =

10、 280 K。末態(tài)：P2= 1.2 X 105 Pa,體積 V2, T2 = (273 + 27)K = 300 K。根據(jù)響=學(xué),T1 T2P 1T21.0X 105X 30033、得：V2= PP2y1V1= 1 2 105 X 280 X 100 m 89.3 m , V2VV1，有氣體流入房間。所以教室內(nèi)空氣質(zhì)量m2=制仟145.6 kg。答案145.6 kg運(yùn)用時(shí)必須要明借題發(fā)揮理想氣體狀態(tài)方程是用來(lái)解決氣體狀態(tài)變化問(wèn)題的方程,確氣體在不同狀態(tài)下的狀態(tài)參量，將它們的單位統(tǒng)一，且溫度的單位一定要統(tǒng)一為國(guó)際單 位制單位（K）。廣理想氣體一一特點(diǎn)理想氣體理想氣體狀態(tài)方程pV =常量或必匕=T

11、T1T2實(shí)際氣體看做理想氣體的條件1.多選一定質(zhì)量的理想氣體，初始狀態(tài)為P、V、T,經(jīng)過(guò)一系列狀態(tài)變化后，壓強(qiáng)仍為P,則下列過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)的是 （）A .先等溫膨脹，再等容降溫B.先等溫壓縮，再等容降溫C .先等容升溫，再等溫壓縮D .先等容降溫，再等溫壓縮解析：選BD 根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程 pV = C,若經(jīng)過(guò)等溫膨脹則 T不變、V增大,PV再經(jīng)等容降溫則 V不變、T減小，由Y = C可知，V增大，T減小，P定變化。A不正確,同理可以判斷出 C不正確，B、D正確。2.多選下列對(duì)理想氣體的理解，正確的有（）A .理想氣體實(shí)際上并不存在，只是一種理想模型B.只要?dú)怏w壓強(qiáng)不是很高就可視為理想氣體

12、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(qiáng)下，理想氣體都遵循氣體實(shí)驗(yàn)定律A正確；在溫度不解析：選AD 理想氣體是一種理想化的模型，實(shí)際并不存在，選項(xiàng) 低于零下幾十?dāng)z氏度、壓強(qiáng)不超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的幾倍時(shí)，把實(shí)際氣體當(dāng)成理想氣體來(lái)處理,C錯(cuò)誤；在任何溫度、任何選項(xiàng)B錯(cuò)誤；一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只與溫度有關(guān)，選項(xiàng)壓強(qiáng)下都遵從氣體實(shí)驗(yàn)定律，這樣的氣體是理想氣體,選項(xiàng)D正確。3. 關(guān)于氣體的狀態(tài)變化，下列說(shuō)法正確的是A 一定質(zhì)量的理想氣體，當(dāng)壓強(qiáng)不變而溫度由原來(lái)的2倍100 C上升到200 C時(shí)，其體積增大為B.氣體的狀態(tài)由1變到2時(shí)，一定滿足方程piVi_ P2V2

13、Ti _ T2C 一定質(zhì)量的理想氣體體積增大到原來(lái)的4倍，可能是壓強(qiáng)減半，熱力學(xué)溫度加倍D 一定質(zhì)量的理想氣體壓強(qiáng)增大到原來(lái)的4倍，可能是體積加倍，熱力學(xué)溫度減半解析：選 C 對(duì) A 項(xiàng)有 T1= 100C = 373 K , T2= 200 C= 473 K , p1= p2,由罟 叢2 知V2=373vi, A項(xiàng)錯(cuò)。只有一定質(zhì)量的理想氣體，其狀態(tài)變化才滿足理想氣體狀態(tài)方程,B錯(cuò)誤。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程 PpV = C（常量），可判斷C正確，D錯(cuò)誤。4. 多選如圖所示，表示一定質(zhì)量理想氣體沿箭頭所示的方向發(fā)生狀態(tài)變化的過(guò)程, 則氣體壓強(qiáng)變化是（）A .從狀態(tài)c到狀態(tài)d,壓強(qiáng)減小B.從狀態(tài)d到

14、狀態(tài)a,壓強(qiáng)增大C .從狀態(tài)a到狀態(tài)b,壓強(qiáng)增大D .從狀態(tài)b到狀態(tài)c,壓強(qiáng)不變解析：選AC 由理想氣體狀態(tài)方程pV = C, V=Ct,故V -T圖像上斜率越小，壓強(qiáng)越大。Ld,斜率變大，壓強(qiáng)減小， A正確，其他選項(xiàng)可類推。再創(chuàng)載人深潛新紀(jì)錄。在某次深潛實(shí)5. 我國(guó)“蛟龍”號(hào)深海探測(cè)船載人下潛超七千米，驗(yàn)中，“蛟龍”號(hào)探測(cè)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(lái)研究氣體狀態(tài)隨海水溫度的變化，如圖所示，導(dǎo)熱性良好的氣缸內(nèi)封閉一定質(zhì)量的氣體，不計(jì)活塞的質(zhì)量和摩擦，氣缸所處海平面的溫度T0= 300 K，壓強(qiáng)p0= 1 atm，封閉氣體的體積 V0 =3 m2。如果將該氣缸下

15、潛至 990 m深處，此過(guò)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)）。解析：當(dāng)氣缸下潛至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：p= 100 atm。根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程得：P0V0/T0= pV/ T ,代入數(shù)據(jù)解得：V= 2.8X 10-2m3。答案：見解析f 課下30分鐘檢測(cè)/1.多選關(guān)于理想氣體，下面說(shuō)法哪些是正確的（）A .理想氣體是嚴(yán)格遵守氣體實(shí)驗(yàn)定律的氣體模型B.理想氣體的分子沒(méi)有體積C .理想氣體是一種理想模型，沒(méi)有實(shí)際意義D .實(shí)際氣體在溫度不太低、壓強(qiáng)不太大的情況下，可看成理想氣體解

16、析：選AD 理想氣體是指嚴(yán)格遵守氣體三定律的氣體，實(shí)際氣體在壓強(qiáng)不太高、溫度不太低時(shí)可以認(rèn)為是理想氣體，A、D對(duì)。理想氣體分子間沒(méi)有分子力，但分子有大小,B錯(cuò)。2.已知理想氣體的內(nèi)能與溫度成正比，如圖所示的實(shí)線為汽缸內(nèi)一定質(zhì)量的理想氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2的變化曲線，則在整個(gè)過(guò)程中汽缸內(nèi)氣體的內(nèi)能 （）A .先增大后減小B.先減小后增大C .單調(diào)變化D 保持不變解析：選B由題圖知汽缸內(nèi)理想氣體狀態(tài)的pV值變化特點(diǎn)是先減小后增大，由pV=nRT可知溫度T先減小后增大，故氣體內(nèi)能先減小后增大，故選3.多選甲、乙兩個(gè)相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種氣體，已知甲、乙容器中氣體的壓強(qiáng)分別為P甲，P乙，且

17、P甲vp乙。則（）A 甲容器中氣體的溫度高于乙容器中氣體的溫度B.甲容器中氣體的溫度低于乙容器中氣體的溫度C 甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能小于乙容器中氣體分子的平均動(dòng)能D 甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能大于乙容器中氣體分子的平均動(dòng)能解析：選BC根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程可知,，因?yàn)镻甲V P乙，且V甲T甲T乙=V乙，則可判斷出T甲V T乙，B正確；氣體的溫度直接反映出氣體分子的平均動(dòng)能的大小,故C對(duì)。4.如圖所示,A、B兩點(diǎn)代表一定質(zhì)量理想氣體的兩個(gè)不同的狀態(tài)，狀態(tài)A的溫度為B. TB= 4TaTa,狀態(tài)B的溫度為Tb。由圖可知（）A. Ta = 2TbC . Tb = 6TaD. Tb= 8Ta解析：

18、選C 由圖像可知，Pa= 2 Pa,33Va= 1 cm, pb= 3 Pa, Vb = 4 cm。根據(jù)題意，研究對(duì)象為理想氣體。由理想氣體狀態(tài)方程泌-聲，代入數(shù)值得Tb= 60。Ta5.如圖為一定質(zhì)量理想氣體的壓強(qiáng)P與體積V關(guān)系圖像，它由狀態(tài)A經(jīng)等容過(guò)程到狀態(tài)B，再經(jīng)等壓過(guò)程到狀態(tài)C,設(shè)A、B、C狀態(tài)對(duì)應(yīng)的溫度分別為Ta、Tb、Tc，則下列關(guān)系式中正確的是（）A. Ta v tb, tb v tcB. Ta Tb , TB= TCtb T CC. Ta Tb , Tb V Tc D. Ta= Tb,解析：選C 由狀態(tài)A到狀態(tài)B過(guò)程中，氣體體積不變，由查理定律可知，隨壓強(qiáng)減小，溫度降低，故 T

19、aTb, a、D項(xiàng)錯(cuò)；由狀態(tài) B到狀態(tài)C過(guò)程中，氣體壓強(qiáng)不變，由蓋呂薩克定律可知，隨體積增大，溫度升高，即Tb V Tc, B項(xiàng)錯(cuò)，C項(xiàng)對(duì)。6. 多選如圖為某同學(xué)設(shè)計(jì)的噴水裝置，內(nèi)部裝有2 L水，上部密封1 atm的空氣0.5L,保持閥門關(guān)閉，再充入1 atm的空氣0.1 L。設(shè)在所有過(guò)程中空氣可看作理想氣體，且溫度不變，下列說(shuō)法正確的有（A .充氣后，密封氣體壓強(qiáng)增加B.充氣后，密封氣體的分子平均動(dòng)能增加C .打開閥門后，密封氣體對(duì)外界做正功D.打開閥門后，不再充氣也能把水噴光解析：選AC 由pV= nRT知充氣后，當(dāng) V、T不變時(shí)，n增加，密封氣體壓強(qiáng)增加,B錯(cuò)誤。打開選項(xiàng)A正確。充氣后，由于溫度不變，密封氣體的分子平均動(dòng)能不變，選項(xiàng)閥門后，密封氣體對(duì)外界做正功，選項(xiàng)C正確。由于桶內(nèi)只有 1 atm的空氣0.1 L + 0.5 L =0.6 L。小于容積2 L,所以需要再充氣才能把水噴光，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。7. 一個(gè)半徑為0.1 cm的氣泡，從18 m深的湖底上升.如果湖底水的溫度是8C,湖面的溫度是24C,湖面的大氣壓強(qiáng)是76 cmH