高中物理第八章气体3理想气体的状态方程学案新人教版选修3_3

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1、3　理想气体的状态方程1．理想气体(1)概念在任何温度、压强下都严格遵守气体实验定律的气体，理想气体是抽象出来的物理模型，实际中不存在。在温度不太低、压强不太大的情况下，可把实际气体看成是理想气体。(2)对理想气体的理解①理想气体是为了研究问题方便提出的一种理想模型，是实际气体的一种近似，就像力学中质点、电学中点电荷模型一样，突出矛盾的主要方面，忽略次要方面，从而认识物理现象的本质，是物理学中常用的方法。②实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，在压强不太大(不超过大气

2、压强的几倍)、温度不太低(不低于零下几十摄氏度)时，可以近似地视为理想气体。③在微观意义上，理想气体分子本身大小与分子间的距离相比可以忽略不计，分子除碰撞外，分子间不存在相互作用的引力和斥力，所以理想气体的分子势能为零，理想气体的内能等于分子的总动能。一定质量的理想气体的内能只与气体的温度有关。④严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程。【例1】有一定质量的氦气，压强与大气压相等，体积为1m3，温度为0℃。在温度不变的情况下，如果压强增大到大气压的500倍，按玻意耳定律计算，体积应该缩小至m3，但

3、实验的结果是m3。如果压强增大到大气压的1000倍，体积实际减小至m3，而不是按玻意耳定律计算得到的m3。在此过程中可以把氦气看成理想气体吗？解析：理想气体是在任何温度、压强下都严格遵守气体实验定律的气体。一定质量的氦气在上述变化过程中，不符合玻意耳定律，所以不能看成理想气体。答案：不可以析规律：模型的建立理想气体和质点的概念都是应用理想化模型的方法建立起来的。2．理想气体状态方程(1)理想气体遵循的规律一定质量的理想气体的压强、体积的乘积与热力学温度的比值是一个常数。(2)理想气体的状态方程＝

4、或＝C(常量)常量C仅由气体的种类和质量决定，与其他参量无关。适用条件：该方程是在理想气体质量不变的条件下才适用，是一定质量理想气体三个状态参量的关系，与变化过程无关。(3)理想气体状态方程与气体实验定律的关系：气体实验定律可看成是状态方程的特例。当m不变、T1＝T2时　p1V1＝p2V2　玻意耳定律当m不变、V1＝V2时　＝　查理定律当m不变、p1＝p2时　＝　盖—吕萨克定律【例2－1】如图所示，粗细均匀的、一端封闭一端开口的U形玻璃管，当t1＝31℃、大气压强p0＝1atm时，两管水银面相平

5、，这时左管被封闭气柱长l1＝8cm。求：(1)当温度t2等于多少时，左管气柱长l2为9cm?(2)当温度达到上问中温度t2时，为使左管气柱长l3为8cm，则应在右管再加多高的水银柱？解析：(1)取左管中气体为研究对象，初状态p1＝1atm＝76cmHg，T1＝t1＋273K＝304K，V1＝l1S＝(8cm)·S(设截面积为S)，因为左管水银面下降1cm，右管水银面一定上升1cm，则左右两管高度差为2cm，因而末状态p2＝(76＋2)cmHg＝78cmHg，V2＝(9cm)·S。由p1V1/T1

6、＝p2V2/T2，代入数据解得T2＝351K，从而知t2＝78℃。(2)在78℃情况下，气柱长从9cm减小到8cm，体积减小，压强一定增大，即压强大于78cmHg，故要往右管加水银。由p1V1/T1＝p3V3/T3，且V1＝V3，T2＝T3有：p3＝p1T3/T1＝76×(273＋78)/(273＋31)cmHg＝87.75cmHg，故应在右管加水银柱(87.75－76)cm＝11.75cm。答案：见解析【例2－2】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

7、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为多少mmHg?解析：画出该题始末状态的示意图：分别写出两个初末状态的状态参量：p1＝758mmHg－738mmHg＝20mmHg　V1＝(80mm)·S(S是管的横截面积)　T1＝273K＋27K＝300Kp2＝p－743mmHg　V2＝(738＋80)mm·S－743(mm)·S＝75(mm)·ST2＝273K＋(－3)K＝270K将数据代入理想气体状态方程：＝

8、解得p＝762.2mmHg。答案：762.2mmHg3．理想气体状态方程的应用要点(1)选对象：根据题意，选出所研究的某一部分气体，这部分气体在状态变化过程中，其质量必须保持不变。(2)找参量：找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式，压强的确定往往是个关键，常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。(3)认过程：过程表示两个状态之间的一种变化方式，除题中条件已直接指明外，在许多情况下，往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析才能确定