V 2
p 2T 2V
2T
2
一些不易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气、空气等，在通常温度、压强下，它们的性质很近似于
2.一般状态变化图象的处理方法，化“一般”为“特殊”，如图是一定质量的某种气体的状态变化过程A →B →C →A.在V -T 图线上，等压线是一簇延长线过原点的直线，过A 、B 、C 三点作三条等压线分别表示三个等压过程， p A ′
五、用理想气体状态方程解决变质量问题
理想气体状态方程是针对一定质量的理想气体的，但在实际问题中，气体的质量往往发生改变，因此不能直接
V 2
p 2T 2V
2T
2
一些不易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气、空气等，在通常温度、压强下，它们的性质很近似于
2.一般状态变化图象的处理方法，化“一般”为“特殊”，如图是一定质量的某种气体的状态变化过程A →B →C →A.在V -T 图线上，等压线是一簇延长线过原点的直线，过A 、B 、C 三点作三条等压线分别表示三个等压过程， p A ′
五、用理想气体状态方程解决变质量问题
***********学院 2015 ～ 2016 学年度第一学期 教师课时授课教案（首页） 学科系：基础部授课教师：**** 专业：药学科目：物理课次： 年月日年月日
理想气体状态方程 （一）引入新课 在讲授本节课之前，让学生完成理想气体方程的实验。上课时，利用学生实验的一组数据进行分析，归纳总结出气体状态方程，再引入理想气体。 （二）引出课程内容 1．气体的状态参量 （1）体积V 由于气体分子可以自由移动，所以气体具有充满整个容器的性质。因而气体的体积由容器的容积决定。气体的体积就是盛装气体的容器的容积。 体积的单位：立方米，符号是m3 。体积的其他单位还有dm3（立方分米)和cm3(立方厘米)。日常生活和生产中还用1L(升)作单位。 各种体积单位的关系： 1 m3=103 L=103 dm3=106 cm3 （2）温度 温度是用来表示物体冷热程度的物理量。要定量地确定温度，必须给物体的温度以具体的数值，这个数值决定于温度零点的选择和分度的方法。温度数值的表示方法称为温标。 ①日常生活中常用的温标称为摄氏温标。它是把1.013×105Pa气压下水的冰点定为零度，沸点定为100度，中间分为100等分，每一等分代表1度。用这种温标表示的温度称为摄氏温度，用符号t表示。 摄氏温度单位：摄氏度，符号是℃。 温标：温度数值的表示方法称为温标。 ②在国际单位制中，以热力学温标(又称为绝对温标)作为基本温标。这种温标以 -273.15 ℃作为零度，称为绝对零度。用这种温标表示的温度，称为热力学温度或绝对温度，用符号T表示。 绝对温度单位：开尔文，简称开，符号是 K。 热力学温度和摄氏温度只是零点的选择不同，但它们的分度方法相同，即二者每一度的大小相同。 ③热力学温度和摄氏温度之间的数值关系： T t=+（为计算上的简化，可取绝对零度为-273℃） 273 例如气压为1.013×105 Pa时 冰的熔点t =0 ℃→T = 273 K 水的沸点t =100 ℃→T =（100+273）K 温度与物质分子的热运动关系：温度越高，分子热运动越剧烈。分子平均速率也越大（各
第六讲气体状态参量 [目标定位] 1.知道描述气体状态的三个参量.2.理解气体的体积、温度和压强.3.会计算气体的压强.4.理解压强的微观意义 . 一、气体的体积 1.定义 气体分子所能达到的空间，也就是气体充满的容器的容积. 2.单位 国际单位制中，体积的单位为立方米，符号：m3，常用的单位还有升、毫升，符号分别为L、mL. 1L＝10－3m3＝1dm3；1mL＝10－6m3＝1cm3. 二、温度和温标 1.温度：物体内部分子热运动平均动能的标志. 2.温标：温度的数值表示法，一般有摄氏温标和热力学温标两种，国际单位制中，用热力学温标表示温度. 3.热力学温度：用热力学温标表示的温度，单位：开尔文，符号：K. 4.热力学温度和摄氏温度的大小关系 T＝t＋273.15K，近似表示为T＝t＋273K. 5.两种温标比较 (1)两种温标的零点选取不同，热力学温标的零点在摄氏温标的－273.15℃. (2)两种温标的分度，即每一度的大小相同. 三、压强 1.定义：气体作用在器壁单位面积上的压力. 2.单位：(1)国际单位：帕斯卡，简称：帕，符号：Pa,1Pa＝1N/m2. (2)常用单位：标准大气压(符号：atm)和毫米汞柱(符号：mmHg).1atm＝1.013×105Pa＝760mmHg. 3.决定压强的因素 (1)宏观上跟气体的温度和体积有关. (2)微观上跟气体分子的平均动能和分子的密集程度有关. 解决学生疑难点 _______________________________________________________________________________
气体状态方程 练习题 1．关于气体分子，下列说法中正确的是 （ ） A ．由于气体分子间的距离很大，气体分子可以看作质点 B ．气体分子除了碰撞以外，可以自由地运动 C ．气体分子之间存在相互斥力，所以气体对容器壁有压强 D ．在常温常压下，气体分子的相互作用力可以忽略 2．关于密闭容器中气体的压强，下列说法正确的是 A ．是由于气体分子相互作用产生的 B ．是由于气体分子碰撞容器壁产生的 C ．是由于气体的重力产生的 D ．气体温度越高，压强就一定越大 3．一定质量的理想气体 A ．先等压膨胀，再等容降温，其温度必低于初始温度 B ．先等温膨胀，再等压压缩，其体积必小于初始体积 C ．先等容升温，再等压压缩，其温度有可能等于初始温度 D ．先等容加热，再等温压缩，其压强必大于初始压强 4．一个绝热气缸，气缸内气体与外界没有热交换，压缩活塞前缸内气体压强为p ，体积为V 。现用力将活塞推进，使缸内气体体积减小到 2 V ，则气体的压强（ ） A ．等于2p B. 大于2p C. 小于2p D. 等于2 P 5．如图所示，将一气缸悬挂在弹簧下，缸内密闭了一定质量的理想气体，活塞与缸壁间的摩擦不计，若缸内气体的温度升高到某一数值， 下列物理量发生变化的是（ ） A ．活塞的高度h B ．缸体的高度H C.气体的压强p D.弹簧的长度L
6．一玻璃管开口朝下没入水中，在某一深度恰好能保持静止，假如水面上方的大气压突然降低一些，则试管的运动情况是（） A．加速上升 B. 加速下降 C. 保持静止 D. 无法判断 7．封闭在贮气瓶中的某种理想气体,当温度升高时,下面哪个说法是正确的( ) (容器的膨胀忽略不计) A.密度不变,压强增大 B. 密度不变,压强减小 C. 压强不变,密度增大 D. 压强不变,密度减小 8．密闭容器中装有一定质量的气体（） A．当密闭容器压强不变时,温度越高,气体的体积越小 B．当密闭容器体积不变时,气体温度越高压强越大 C．当压缩气体体积时,气体压强一定增大 D．当压缩气体体积时,气体压强可能不变 9．如图所示，两个容器A和B容积不同，内部装有气体，其间用细管相连，管中有一小段水银柱将两部分气体隔开。当A中气体温度为t A，B中气体温度为t B，且t A=t B，水银柱恰好在管的中央静止。若对两部分气体加热，使它们的温度都升高相同的温度，下列说法正确的是（） A．水银柱一定保持不动 B．水银柱将向上移动 C．水银柱将向下移动 D．水银柱的移动情况无法判断 10.如图所示，一端封闭的玻璃管开口向下竖直倒插在水银槽中，其位置保持固定。已知封闭端内有少量空气。若大气压强变小一些，则管中在水银槽水银面上方的水银柱高度h和封闭端内空气的压强p将如何变化( ) A.h变小，p变大 B.h变大，p变大 C.h变大，p变小 D.h变小，p变小
第1章第零定律与物态方程 一、基本要点公式及其适用条件 1.系统的状态和状态函数及其性质 系统的状态—就是系统物理性质和化学性质的综合表现，它采用系统的宏观性质来描述系统的状态，系统的宏观性质，也称为系统的"状态函数"。 系统的宏观性质（状态函数）—就是由大量（摩尔级）的分子、原子、离子等微观粒子组成的宏观集合体所表现出的集团行为，简称"热力学性质"或“热力学函数”如p、V、T、U、H、S、A、G等。 Z=f(x,y)表示一定量、组成不变的均相系统，其任意宏观性质(Z)是另两个独立宏观性质(x,y)的函数。状态函数Z具有五个数学特征： (1)，状态函数改变量只决定于始终态，与变化过程途径无关。 (2)，状态函数循环积分为零，这是判断Z是否状态函数的准则之一。 (3)，系Z的全微分表达式 (4)，系Z的 Euler 规则，即微分次序不影响微分结果。 (5)，系Z、x、y满足循环式，亦称循环规则。 2.热力学第零定律即热平衡定律： 当两个物态A和B分别与第三个物体C处于热平衡，则A和B之间也必定彼此处于热平衡。T=t+273.15，T是理想气体绝对温标，以"K"为单位。t是理想气体摄氏温标，以"℃"为单位。 绝对温标与摄氏温标在每一度大小是一样的，只是绝对温标的零度取在摄氏温标的 -273.15℃处，可以看出，有了绝对温标的概念后，只需确定一个固定参考点(pV)0p=0，依国际计量大会决定，这个参考点选取在纯水三相点，并人为规定其温度正好等于 273.16K。 3.理想气态方程及其衍生式为: ；式中p、V、T、n单位分别为 Pa、m3、K、mol；R=8.314J·mol-1·K-1，V m为气体摩尔体积，单位为 m3·mol-1，ρ为密度单位kg·m-3，M 为
新课标要求 知识与技能过程与方法情感、态度和价值观 1．掌握理想气体状态方程的内容及表达式。 2．知道理想气体状态方程的使用条件。 3．会用理想气体状态方程进行简单的运算。通过推导理想气 体状态方程，培 养学生利用所学 知识解决实际问 题的能力 理想气体是学生遇到 的又一个理想化模型， 正确建立模型，对于学 好物理是非常重要的， 因此注意对学生进行 物理建模方面的教育 教材分析与方法 教学重点教学难点教学方法教学用 具 1．掌握理想气体状态方程的内容及表达式。知道理想气体状态方程的使用条件。 2．正确选取热学研究对象，抓住气体的初、末状态，正确确定气体的状态参量，从而应用理想气体状态方程求解有关问题。应用理想 气体状态 方程求解 有关问题 启发、讲 授、实验探 究 投影仪、 多媒体、 实验仪 器 教师活动学生活动 1.前面我们已经学习了三个气体 实验定律，玻意耳定律、查理定 律、盖－吕萨克定律。这三个定 律分别描述了怎样的规律？说出 它们的公式。 2.以上三个定律讨论的都是一个 参量变化时另外两个参量的关 系。那么，当气体的p、V、T三 个参量都变化时，它们的关系如 何呢？ 一、理想气体 问题： 压强（p）（atm）空气体积V（L）pV值( 1×1.013×105PaL) 1 100 200 500 1000 1.000 0.9730/100 1.0100/200 1.3400/500 1.9920/1000 1.000 0.9730 1.0100 1.3400 1.9920 在压强不太大的情况下，实验结果跟实验定律——玻意耳定律基本吻合，而在压强较大时，玻意耳定律则完全不适用了。 （2）为什么在压强较大时，玻意耳定律不成立呢？如果温度太低，查理定律是否也不成立呢？
高中物理专题-理想气体状态方程 【母题来源一】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅲ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅲ卷)(多选)如图,一开口向上的导热汽缸内,用活塞封闭了一定质量的理想气体,活塞与汽缸壁间无摩擦。现用外力作用在活塞上,使其缓慢下降。环境温度保持不变,系统始终处于平衡状态。在活塞下降过程中 () A.气体体积逐渐减小,内能增知 B.气体压强逐渐增大,内能不变 C.气体压强逐渐增大,放出热量 D.外界对气体做功,气体内能不变 E.外界对气体做功,气体吸收热量 【母题来源二】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（山东卷） 【母题原题】(2020·山东等级考)一定质量的理想气体从状态a开始,经a→b、b→c、c→a三个过程后回到初始状态a,其p-V图像如图所示。已知三个状态的坐标分别为a(V0, 2p0)、b(2V0,p0)、c(3V0,2p0),以下判断正确的是( ) A.气体在a→b过程中对外界做的功小于在b→c过程中对外界做的功 B.气体在a→b过程中从外界吸收的热量大于在b→c过程中从外界吸收的热量 C.在c→a过程中,外界对气体做的功小于气体向外界放出的热量 D.气体在c→a过程中内能的减少量大于b→c过程中内能的增加量 【母题来源三】2020年全国普通高等学校招生统一考试物理（全国Ⅰ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅰ卷)甲、乙两个储气罐储存有同种气体(可视为理想气体),甲罐的容积
为V,罐中气体的压强为p;乙罐的容积为2V,罐中气体的压强为1 p。现通过连接两罐的细管把 2 甲罐中的部分气体调配到乙罐中去,两罐中气体温度相同且在调配过程中保持不变,调配后两罐中气体的压强相等。求调配后 ①两罐中气体的压强; ②甲罐中气体的质量与甲罐中原有气体的质量之比。 【母题来源四】2020年普通高等学校招生全国统一考试物理（全国Ⅱ卷） 【母题原题】(2020·全国Ⅱ卷)潜水钟是一种水下救生设备,它是一个底部开口、上部封闭的容器,外形与钟相似。潜水钟在水下时其内部上方空间里存有空气,以满足潜水员水下避险的需要。为计算方便,将潜水钟简化为截面积为S、高度为h、开口向下的圆筒;工作母船将潜水钟由水面上方开口向下吊放至深度为H的水下,如图所示。已知水的密度为ρ,重力加速度大小为g,大气压强为p0,H?h,忽略温度的变化和水密度随深度的变化。 (1)求进入圆筒内水的高度l; (2)保持H不变,压入空气使筒内的水全部排出,求压入的空气在其压强为p0时的体积。
推导 宁业栋
摘要：气体状态方程是化学学习中的一个重要工具，在高中的学习中主要使用的是理想气体方程。然而在现实生活中更加实用的是实际气体方程，又被称为Van der waals方程。本文通过对理想气体方程和Van der waals方程的推导探究对于气体状态造成影响的因素。 关键词：气体状态方程影响因素推导历史
一、理想气体状态方程的历史
文艺复兴后期，科学界开始其启蒙运动。在化学方面，化学成为了一门独立的学科，而不是炼金术士和炼丹术士的工具。化学的“文艺复兴”主要以气体问题的研究为主。当时人们并不知道气体的微观构成，但对于气体的宏观行为的研究因此进行了几个世纪。1662年，英国物理学家Robert Boyle根据实验结果提出了Boyle定律*。18世纪，法国科学家Amontons Grillaume和Jacque Alexandre Cesar Charles 均先后发现：一定质量的气体，在保持压强不变的情况下，温度每升高（降低）1℃，增加（减小）的提及等于它在0℃时的体积的1/273。19世纪初，法国科学家Gay-Lussac经多种气体的实验，终于确定了这一关系，后人称为Gay定律。这个Gay总结了他和基友Boyle和Charles的成果，总结出了一个让高中生头疼的方程式，就是 PV=nRT 注释： *：Boyle定律为P1×V1=P2×V2
二、理想气体 假设有一种气体，同时它的分子只有位置而不占提及，是一个质点；且分子间没有互相的吸引力，不遵循万有引力定律，分子之间和容器之间发生的碰撞不会造成动能的损失。这种气体就被称为理想气体。 这种气体明显是不存在的，只是人为规定的一种气体模型。因为理想气体将气体状态问题简化了许多，所以在中学阶段我们使用理想气体模型进行气体状态的研究。 在研究中发现，在高温低压的情况下某些气体的性质可以接近理想气体。因为在高温低压的条件下，分子间的间距极大，一方面可以忽略气体分子自身的体积，另一方面也使分子间的作用力微乎其微。所以尽管理想气体是一种人为模型，不过在现实的研究中仍然有意义，尤其对于中学阶段的粗略研究。
理想气体的状态方程教 案 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
第3节理想气体的状态方程 复习预习引入 知识探究过程 一、理想气体 问题：以下是一定质量的空气在温度不变时，体积随常压和非常压变化的实验数据：
压强（p）（atm）空气体积V （L） pV值( 1××105PaL) 1 100 200 500 1000 100 200 500 1000 问题分析：（1）从表中发现了什么规律？ 在压强不太大的情况下，实验结果跟实验定律——玻意耳定律基本吻合，而在压强较大时，玻意耳定律则完全不适用了。 （2）为什么在压强较大时，玻意耳定律不成立呢如果温度太低，查理定律是否也不成立呢 ○1分子本身有体积，但在气体状态下分子的体积相对于分子间的空隙很小，可以忽略不计。 ○2分子间有相互作用的引力和斥力，但分子力相对于分子的弹性碰撞时的冲力很小，也可以忽略。 ○3一定质量的气体，在温度不变时，如果压强不太大，气体分子自身体积可忽略，玻意耳定律成立，但在压强足够大时，气体体积足够小而分子本身不能压缩，分子体积显然不能忽略，这样，玻意耳定律也就不成立了。 ○4一定质量的气体，在体积不变时，如果温度足够低，分子动能非常小，与碰撞时的冲力相比，分子间分子力不能忽略，因此查理定律亦不成立了。 总结规律：设想有这样的气体，气体分子本身体积完全可以忽略，分子间的作用力完全等于零，也就是说，气体严格遵守实验定律。这样的气体就叫做理想气体。 a.实际的气体，在温度不太低、压强不太大时，可以近似为理想气体。
b.理想气体是一个理想化模型，实际气体在压强不太大、温度不太低的情况下可以看作是理想气体． 二、理想气体的状态方程 情景设置：理想气体状态方程是根据气体实验定律推导得到的。如图所示，一定质量的理想气体由状态1（T 1、p 1、v 1）变化到状态2（T 2、p 2、v 2），各状态参量变化有什么样的变化 呢？我们可以假设先让气体由状态1（T 1、p 1、v 1）经等温变化到状态c （T 1、p c 、v 2），再经过等容变化到状态2（T 2、p 2、v 2）。 推导过程：状态A →状态B ，等温变化，由玻意耳定律： 状态B →状态C ，等容变化，由查理定律： 两式消去B p ，得 又 A B T T =，C B V V = 代入上式得 上式即为状态A 的三个参量p A 、V A 、T A 与状态C 的三个参量p C 、V C 、T C 的关系。 总结规律：（1）内容：一定质量的理想气体，在状态发生变化时，它的压强P 和体积V 的乘积与热力学温度T 的比值保持不变，总等于一个常量。这个规律叫做一定质量的理想气体状态方程。 （2）公式：设一定质量的理想气体从状态1（p 1、V 1、T 1）变到状态2（p 2、V 2、T 2）则有表达式： 222111T V p T V p =或T pV = 恒量 适用条件：①一定质量的理想气体；②一定质量的实际气体在压强不太高，温度不太低的情况下也可使用。
理想气体状态方程专题训练 一、封闭气体压强计算 1.在图中，各装置均静止，已知大气压强为P0 ，液体密度为ρ，求被封闭气体的压强p 2.如图所示，一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置．金属圆板A的 上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ，圆板 的质量为M．不计圆板与容器内壁之间的摩擦．若大气压强为p0，则求 被圆板封闭在容器中的气体的压强p. 3.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸,汽缸内放有一质量为m、可在气缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S，现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强P。（已知外界大气压为P0）
二、理想气体状态方程的基础应用 4.一定质量的理想气体由状态A经过状态B变为状态C，其有关数据如p-T图象甲所示．若气体在状态A的温度为-73.15℃，在状态C的体积为0.6m3．求： （1）状态A的热力学温度； （2）说出A至C过程中气体的变化情形，并根据图象提供的信息，计算图中V A的值；（3）在图乙坐标系中，作出由状态A经过状态B变为状态C的V-T图象，并在图线相应位置上标出字母A、B、C．如果需要计算才能确定坐标值，请写出计算过程． 三、单一封闭气体问题 5.一足够长的粗细均匀的玻璃管开口向上竖直放置，管内由15cm长的水银柱 封闭着50cm长的空气柱．若将管口向下竖直放置，空气柱长变为多少cm？ （设外界大气压强为75cmHg，环境温度不变） 6.在如图所示的气缸中封闭着温度为400K的空气，一重物用绳索经 滑轮与缸中活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态，这时活塞离 缸底的高度为10cm，如果缸内空气变为300K，问： （1）重物是上升还是下降？ （2）这时重物将从原处移动多少厘米？（设活塞与气缸壁间无摩擦）
理想气体的状态方程 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求： （1）初步理解“理想气体”的概念。 （2）掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程，熟记理想气体状态方程的数学表达式，并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题。 （3）熟记盖·吕萨克定律及数学表达式，并能正确用它来解答气体等压变化的有关问题。 2．通过推导理想气体状态方程及由理想气体状态方程推导盖·吕萨克定律的过程，培养学生严密的逻辑思维能力。 3．通过用实验验证盖·吕萨克定律的教学过程，使学生学会用实验来验证成正比关系的物理定律的一种方法，并对学生进行“实践是检验真理唯一的标准”的教育。 二、重点、难点分析 1．理想气体的状态方程是本节课的重点，因为它不仅是本节课的核心内容，还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一。 2．对“理想气体”这一概念的理解是本节课的一个难点，因为这一概念对中学生来讲十分抽象，而且在本节只能从宏观现象对“理想气体”给出初步概念定义，只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对“理想气体”给予进一步的论述。另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象，学生理解上也有一定难度。 三、教具 1．气体定律实验器、烧杯、温度计等。 四、主要教学过程 （一）引入新课 前面我们学习的玻意耳定律是一定质量的气体在温度不变时，压强与体积变化所遵循的规律，而查理定律是一定质量的气体在体积不变时，压强与温度变化时所遵循的规律，即这两个定律都是一定质量的气体的体积、压强、温度三个状态参量中都有一个参量不变，而另外两个参量变化所遵循的规律，若三个状态参量都发生变化时，应遵循什么样的规律呢？这就是我们今天这节课要学习的主要问题。 （二）教学过程设计 1．关于“理想气体”概念的教学 设问： （1）玻意耳定律和查理定律是如何得出的？即它们是物理理论推导出来的还是由实验总结归纳得出来的？答案是：由实验总结归纳得出的。 （2）这两个定律是在什么条件下通过实验得到的？老师引导学生知道是在温度不太低（与常温比较）和压强不太大（与大气压强相比）的条件得出的。 老师讲解：在初中我们就学过使常温常压下呈气态的物质（如氧气、氢气等）液化的方法是降低温度和增大压强。这就是说，当温度足够低或压强足够大时，任何气体都被液化了，当然也不遵循反映气体状态变化的玻意耳定律和查理定律了。而且实验事实也证明：在较低温度或较大压强下，气体即使未被液化，它们的实验数据也与玻意耳定律或查理定律计算出的数据有较大的误差。 P (×1.013×105Pa) pV值(×1.013×105PaL) H 2 N 2 O 2 空 气 1 1 .000 1 .000 1 .000 1 .000 100 1 .0690 .9941 .9265 .9730 200 1 .1380 1 .0483 .9140 1 .0100 500 1 .3565 1 .3900 1 .1560 1 .3400 1000 1211
理想气体状态方程练习题（一） 1. 一艘位于水面下200m深处的潜水艇，艇上有一个容积为的贮气筒，筒内贮有压缩空气，将筒内一部分空气压入水箱（水箱有排水孔和海水相连），排出海水，此时筒内剩余气体的压强是95atm。设在排水过程中温度不变，求贮气钢筒里原来压缩空气的压强。（计算时可取，海水密度） 2.如图所示，水平放置的密封气缸的活塞被很细的弹簧拉住，气缸内密封一定质量的气体.当缸内气体温度为27℃，弹簧的长度为30cm时，气缸内气体压强为缸外大气压的1.2倍.当缸内气体温度升高到127℃时，弹簧的长度为36cm.求弹簧的原长?(不计活塞与缸壁的摩擦) 3.如下图所示，一圆柱形气缸直立在水平地面上，内有质量不计的可上下移动的活塞，在距缸底高为2H0的缸口处有固定的卡环；使活塞不会从气缸中顶出，气缸壁和活塞都是不导热的，它们之间没有摩擦.活塞下方距缸底高为H0处还有一固定的可导热的隔板，将容器分为A、B两部分，A、B中各封闭同种的理想气体，开始时A、B中气体的温度均为27℃，压强等于外界大气压强P0，活塞距气缸底的高度为
1.6H0，现通过B中的电热丝缓慢加热，试求： (1)当B中气体的压强为1.5P0时，活塞距缸底的高度是多少? (2)当A中气体的压强为1.5P0时，B中气体的温度是多少?
4．一端开口的U形管内由水银柱封有一段空气柱，大气压强为 76cmHg，当气体温度为27℃时空气柱长为8cm，开口端水银面比封闭端水银面低2cm, 如下图所示，求：(1)当气体温度上升到多少℃时，空
气柱长为10cm? (2)若保持温度为27℃不变，在开口端加入多长的水银柱能使空气柱长为6cm? 5. 如图所示，竖直放置的气缸，活塞横截面积为S=0.01m2，可在气缸内无摩擦滑动。气缸侧壁有一个小孔与装有水银的U形玻璃管相通，气缸内封闭了一段高为80cm的气柱（U形管内的气体体积不计）。此时缸内气体温度为7℃，U形管内水银面高度差h1=5cm。已知大气压强p0=1.0×105Pa，水银的密度kg/m3，重力加速度g取10m/s2。①求活塞的质量m； ②若对气缸缓慢加热的同时，在活塞上缓慢添加沙粒，可保持活塞的高度不变。当缸内气体温度升高到37℃时，求U形管内水银面的高度差为多少？ 6.有两个容积相等的容器，里面盛有同种气体，用一段水平玻璃管把它们连接起来。在玻璃管的正中央有一段水银柱，当一个容器中气体
气体的状态参量 一、考点聚焦 1.气体状态和状态参量。热力学温度。 2.气体的体积、温度、压强之间的关系.。 3.气体分子运动的特点。气体压强的微观意义。 二、知识扫描 1．1atm= 1.01×105 pa= 76 cmHg，相当于 10.3 m高水柱所产生的压强。 2．气体的状态参量有：(p、V、T) ①压强(p)：封闭气体的压强是大量分子对器壁撞击的宏观表现，其决定因素有：1) 温度；2)单位体积内分子数。 ②体积(V)：1m3=103l= 106ml 。 ③热力学温度T= t+273.15 。 4．一定质量的理想气体的体积、压强、温度之间的关系是：PV/T=常数，克拉珀珑方程是： PV/T=RM/μ。 5．理想气体分子间没有相互作用力。注意：一定质量的某种理想气体内能由温度决定。 三、典型例题 例1．已知大气压强为p0 cmHg,一端开口的玻璃管内封闭一部分气体，管内水银柱高度为h cm，（或两边水银柱面高度差为h cm），玻璃管静止，求下列图中封闭理想气体的压强各是多少？ 解析：将图中的水银柱隔离出来做受力分析；⑺中取与管内气体接触的水银面为研究对象做 受力分析．本题的所有试管的加速度都为零．所以在⑴中：G=N，p0S=PS；在⑵图中：p0S+G=pS，p0S+ρghS=pS，取cmHg(厘米汞柱)为压强单位则有：p= p0+h；同理，图⑶中试管内气体的压强为：p= p0-h；采用正交分解法解得：图⑷中：p= p0+hsinθ；图 ⑸中：p=p0-hsinθ；图⑹中取高出槽的汞柱为研究对象，可得到：p= p0-h；图⑺中取
与管内气体接触的水银面（无质量）为研究对象：p 0S+ρghS=pS ，p= p 0+h 点评： （1） 确定封闭气体压强主要是找准封闭气体与水银柱（或其他起隔绝作用的物体）的接 触面，利用平衡的条件计算封闭气体的压强． （2） 封闭气体达到平衡状态时，其内部各处、各个方向上压强值处处相等． （3） 液体压强产生的原因是重力 （4）液体可将其表面所受压强向各个方向传递． 例2.两个完全相同的圆柱形密闭容器，如图8．３—１所示，甲 中装有与容 器等体积的水，乙中充满空气，试问： （1）两容器各侧壁压强的大小关系及压强大小决定于哪些因素？ （2）若两容器同时做自由落体运动，容器侧壁所受压强将怎样变化？ 解析： （1）对于甲容器，上壁压强为零，底面压强最大，侧壁压强自上而下由小变大其大小决 定于深度，对于乙容器各处器壁上的压强均相等，其大小决定于气体分子的温度和气体分子的密度。 （2）甲容器做自由落体运动时，处于完全失重状态，器壁各处的压强均为零；乙容器做 自由落体运动时，气体分子的温度和气体分子的密度不变，所以器壁各处的压强不发生变化。 点评：要分析、弄清液体压强和气体压强产生的原因是解决本题的关键。 例３．钢瓶内装有高压气体，打开阀门高压气体迅速从瓶口喷出，当内外气压相等时立即关闭阀门。过一段时间后再打开阀门，问会不会再有气体喷出？ 解析：第一次打开阀门气体高速喷出，气体迅速膨胀对外做功，但来不及吸热。由热力学第 一定律可知，气体内能减少，导致温度突然下降。关闭阀门时，瓶内气体温度低于外界温度，但瓶内压强等于外界气体压强。过一段时间后，通过与外界热交换，瓶内温度升高到和外界温度相同，而瓶的体积没变，故而瓶内气体压强增大。因此，再次打开阀门，会有气体喷出。 点评：此题有两个过程，第一次相当于绝热膨胀过程，第二次是等容升温。 例４．一房间内，上午10时的温度为150C ，下午2时的温度为250C ，假定大气压无变化， 则下午2时与上午10时相比较，房间内的 （ ） A ．空气密度增大 B ．空气分子的平均动增大 C ．空气分子速率都增大 D ．空气质量增大 解析：由于房间与外界相通，外界大气压无变化，因而房间内气体压强不变。但温度升高后， 体积膨胀，导致分子数密度减小。所以，房间内空气质量减少，空气分子的平均动增大。但并非每个分子速率都增大，因为单个分子的运动是无规则的。答案B 是正确。 图８．３－１ 甲 乙
8.3、理想气体的状态方程 一、教学目标 1．在物理知识方面的要求： （1）初步理解“理想气体”的概念。 （2）掌握运用玻意耳定律和查理定律推导理想气体状态方程的过程，熟记理想气体状态方程的数学表达式，并能正确运用理想气体状态方程解答有关简单问题。 （3）熟记盖·吕萨克定律及数学表达式，并能正确用它来解答气体等压变化的有关问题。 2．通过推导理想气体状态方程及由理想气体状态方程推导盖·吕萨克定律的过程，培养学生严密的逻辑思维能力。 3．通过用实验验证盖·吕萨克定律的教学过程，使学生学会用实验来验证成正比关系的物理定律的一种方法，并对学生进行“实践是检验真理唯一的标准”的教育。 二、重点、难点分析 1．理想气体的状态方程是本节课的重点，因为它不仅是本节课的核心内容，还是中学阶段解答气体问题所遵循的最重要的规律之一。 2．对“理想气体”这一概念的理解是本节课的一个难点，因为这一概念对中学生来讲十分抽象，而且在本节只能从宏观现象对“理想气体”给出初步概念定义，只有到后两节从微观的气体分子动理论方面才能对“理想气体”给予进一步的论述。 另外在推导气体状态方程的过程中用状态参量来表示气体状态的变化也很抽象，学生理解上也有一定难度。 三、教具 1．气体定律实验器、烧杯、温度计等。 四、主要教学过程 （一）引入新课 前面我们学习的玻意耳定律是一定质量的气体在温度不变时，压强与体积变化所遵循的规律，而查理定律是一定质量的气体在体积不变时，压强与温度变化时所遵循的规律，即这两个定律都是一定质量的气体的体积、压强、温度三个状态参量中都有一个参量不变，而另外两个参量变化所遵循的规律，若三个状态参量都发生变化时，应遵循什么样的规律呢？这就是我们今天这节课要学习的主要问题。 （二）教学过程设计 1．关于“理想气体”概念的教学 设问： （1）玻意耳定律和查理定律是如何得出的？即它们是物理理论推导出来的还是由实验总结归纳得出来的？答案是：由实验总结归纳得出的。 （2）这两个定律是在什么条件下通过实验得到的？老师引导学生知道是在温度不太低（与常温比较）和压强不太大（与大气压强相比）的条件得出的。 老师讲解：在初中我们就学过使常温常压下呈气态的物质（如氧气、氢气等）液化的方法是降低温度和增大压强。这就是说，当温度足够低或压强足够大时，任何气体都被液化了，当然也不遵循反映气体状态变化的玻意耳定律和查理定律了。而且实验事实也证明：在较低温度或较大压强下，气体即使未被液化，它们的实验数 (×1.013×105Pa) pV值(×1.013×105PaL H2N2O2空 气 1 1. 000 1. 000 1. 000 1. 000 100 1. 0690 0. 9941 0. 9265 0. 9730 200 1. 1380 1. 0483 0. 9140 1. 0100 500 1. 1. 1. 1.
理想气体状态方程 理想气体状态方程（ideal gas，equation of state of），也称理想气体定律或克拉佩龙方程，描述理想气体状态变化规律的方程。质量为m，,摩尔质量为M的理想气体，其状态参量压强p、体积V和绝对温度T之间的函数关系为pV=mRT/M=nRT 式中ρ和n分别是理想气体的摩尔质量和物质的量；R是气体常量。对于混合理想气体，其压强p是各组成部分的分压强p1、p2、……之和，故 pV＝（p1＋p2＋……）V＝(n1＋n2＋……)RT，式中n1、n2、……是各组成部分的摩尔数。 以上两式是理想气体和混合理想气体的状态方程，可由理想气体严格遵循的气体实验定律得出，也可根据理想气体的微观模型，由气体动理论导出。在压强为几个大气压以下时，各种实际气体近似遵循理想气体状态方程，压强越低，符合越好，在压强趋于零的极限下，严格遵循。 pV=nRT(克拉伯龙方程[1]） p为气体压强，单位Pa。V为气体体积，单位m3。n为气体的物质的量，单位mol，T为体系温度，单位K。 R为比例系数，数值不同状况下有所不同，单位是J/（mol·K） 在摩尔表示的状态方程中，R为比例常数，对任意理想气体而言，R是一定的，约为8.31441±0.00026J/(mol·K)。 如果采用质量表示状态方程，pV=mrT，此时r是和气体种类有关系的，r=R/M，M为此气体的平均分子量. 经验定律 （1）玻意耳定律（玻—马定律） 当n，T一定时V，p成反比，即V∝（1/p）① （2）查理定律 当n，V一定时p，T成正比，即p∝T ② （3）盖-吕萨克定律 当n，p一定时V，T成正比，即V∝T ③ （4）阿伏伽德罗定律 当T，p一定时V，n成正比，即V∝n ④ 由①②③④得 V∝（nT/p）⑤ 将⑤加上比例系数R得 V=（nRT）/p 即pV=nRT 实际气体中的问题当理想气体状态方程运用于实际气体时会有所偏差，因为理想气体的基本假设在实际气体中并不成立。如实验测定 1 mol乙炔在20℃、101kPa 时，体积为24.1 dm，，而同样在20℃时，在842 kPa下，体积为0.114 dm，，它们相差很多，这是因为，它不是理想气体所致。 一般来说，沸点低的气体在较高的温度和较低的压力时，更接近理想气体，如氧气的沸点为-183℃、氢气沸点为-253℃，它们在常温常压下摩尔体积与理想值仅相差
理想气体的状态方程教学设计 本堂课使用的教学方法： 讲授法、归纳法、互动探究法、实验法。 教学过程设计： （一）情景导入、展示目标 教师提出问题：瘪了的乒乓球如何恢复原状？ 演示：把乒乓球放入热水中，乒乓球恢复原样。 请同学们猜想解释：为何能够恢复原状？ 你知道如何应用气体知识解释这个现象吗？ 引入新课：理想气体状态方程 （二）回顾复习提问： 1、玻意耳定理（气体等温变化）：PV=C 2、查理定律（气体等容变化）：P/T=C 3、盖---吕萨克定律（气体等压变化）：V/T=C （三）新课探究、精讲点拨 1、理想气体： 问题探究一：教师通过引导学生分析表格数据，引导学生得出理想气体概念，通过对理想模型的说明对学生进行物理思想方法的培养。 2、理想气体状态方程： 问题探究二： 老师通过联系乒乓球的实际引导学生寻找P、V、T 三个状态参量同时变化时它们之间的关系。 （1）乒乓球内的气体可以看做理想气体
（2） 瘪了的乒乓球对应的三个状态参量分别为：P 1、V 1、T 1，放入热水复原后的乒乓球对应的三个状态参量分别为：P 2、V 2、T 2 这种情况下初末状态的这三个状态参量会遵循什么关系呢？ 教师引导点拨： 直接寻找初末状态各参量的关系比较困难，我们能否想办法寻找一个中间状态作为中转站，把一个不熟悉的比较复杂的过程化解成两个熟悉的简单的过程去解决？ 教师引导学生探究讨论， 并应用气体实验定律和相关数学知识推导， 并让学生展示推导过程。 教师引导学生反思总结： 比较以上探究过程，你能发现什么？ 虽然经历的过程不同，但是得出了相同的结论：一定质量的某种理想气体，在状态发生变化时，它的压强 P 和体积 V 的乘积与热力学温度 T 的比值相等 说明：这里的 1、2 是气体的任意两个状态，具有普遍意义，所以，可以得出结论： 对于一定质量的某种理想气体，满足： PV =C T 学生总结以上理论推导，得出结论： 理想气体状态方程教师引导学生深入探究： 常数 C 和什么有关呢？ 教师设计提出问题： 质量为m 的空气，在温度为T 1，压强为P 1 时，对应的体积为 V 1， 如何求其标况下对应的体积 V 2（设标况下温度为 T 0，压强为 P 0）？ 如果设标况下空气的摩尔体积为 V 0，摩尔质量为M ，请写出V 2 和V 0 的关系式。 引导学生得出： P 1V 1 T 1 =P 0V 2 T 0 =nP 0V 0 T 0 =nR =C
第3节 理想气体的状态方程 1.理想气体：在任何温度、任何压强下都遵从气体实 验定律的气体，实际气体在压强不太大、温度不太低时可看作理想气体。 2．理想气体状态方程： p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2或pV T ＝C 。 3．适用条件：一定质量的理想气体。 一、理想气体 1．定义 在任何温度、任何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 在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，可以把实际气体当成理想气体来处理。 如图8-3-1所示。 图8-3-1 二、理想气体的状态方程 1．内容 一定质量的某种理想气体，在从一个状态变化到另一个状态时，压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。 2．公式 p 1V 1T 1＝p 2V 2T 2或pV T ＝C (恒量)。 3．适用条件 一定质量的理想气体。
1．自主思考——判一判 (1)实际气体在常温常压下可看作理想气体。(√) (2)一定质量的理想气体从状态1变化到状态2，经历的过程不同，状态参量的变化不同。(×) (3)pV T ＝C 中的C 是一个与气体p 、V 、T 有关的常量。(×) (4)一定质量的气体，体积、压强不变，只有温度升高。(×) (5)一定质量的气体，温度不变时，体积、压强都增大。(×) (6)一定质量的气体，体积、压强、温度都可以变化。(√) 2．合作探究——议一议 (1)在实际生活中理想气体是否真的存在？有何意义？ 提示：不存在。是一种理想化模型，不会真的存在，是对实际气体的科学抽象。 (2)对于一定质量的理想气体，当其状态发生变化时，会不会只有一个状态参量变化，其余两个状态参量不变呢，为什么？ 提示：不会。根据理想气体状态方程，对于一定质量的理想气体，其状态可用三个状态参量p 、V 、T 来描述，且pV T ＝C (定值)。只要三个状态参量p 、V 、T 中的一个发生变化，另外两个参量中至少有一个会发生变化。故不会发生只有一个状态参量变化的情况。 (3)在理想气体状态方程的推导过程中，先后经历了等温变化、等容变化两个过程，是否表示始末状态参量的关系与中间过程有关？ 提示：中间过程只是为了应用学过的规律(如玻意耳定律、查理定律等)，研究始末状态参量之间的关系而采用的一种手段，结论与中间过程无关。 理想气体状态方程的应用 1．理想气体状态方程的分态式 (1)一定质量的理想气体的pV T 值，等于其各部分pV T 值之和。用公式表示为pV T ＝p 1V 1T 1＋ p 2V 2 T 2 ＋…＋ p n V n T n 。 (2)一定质量理想气体各部分的pV T 值之和在状态变化前后保持不变，用公式表示为 p 1V 1T 1＋p 2V 2T 2＋…＝p 1′V 1′T 1′＋p 2′V 2′ T 2′ ＋… (3)当理想气体发生状态变化时，如伴随着有气体的迁移、分装、混合等各种情况，使
理想气体状态方程 1、如图所示，U形管右管横截面积为左管2倍，管内水银在左管内封闭了一段长为26cm、温度为 280K的空气柱，左右两管水银面高度差为36cm，大气压为76cm Hg．现向右管缓慢补充水银． ①若保持左管内气体的温度不变，当左管空气柱长度变为20cm时，左管内气体的压强为多大？ ②在①条件下，停止补充水银，若给左管的气体加热，使管内气柱长度恢复到26cm，则左管 内气体的温度为多少？ 2、如图所示，两端开口、粗细均匀的足够长的玻璃管插在水银槽中，管的上部有一定长度的 水银，两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中。开启上部连通左右水银的阀门A，当温度为 300 K平衡时水银的位置如图(h1＝h2＝5 cm，L1＝50 cm)，大气压为75 cmHg。求： (1)右管内空气柱的长度L2； (2)关闭阀门A，当温度升至405 K时，左侧竖直管内气柱的长度L3。 3、如图所示，截面均匀的U形玻璃细管两端都开口，玻璃管足够长，管内有两段水银柱封闭着一段空气柱，若气柱温度是270C时，空气柱在U形管的左侧，A、B两点之间封闭着的空气柱长为15cm，U形管底边长CD=10cm，AC高为5cm。已知此时的大气压强为75cmHg。 （1）若保持气体的温度不变，从U形管左侧管口处缓慢地再注入25cm长的水银柱，则管内空 气柱长度为多少？某同学是这样解的： 对AB部分气体，初态p1=100cmHg，V1=15S cm3，末态p2=125cmHg，V2=LS cm3， 则由玻意耳定律p1V1=p2V2解得管内空气柱长度L=12cm。 以上解法是否正确，请作出判断并说明理由， 如不正确则还须求出此时管内空气柱的实际长度为多少？ （2）为了使这段空气柱长度恢复到15cm，且回到A、B两点之间，可以向U形管中再注入一些水银，且改变气体的温度。问：应从哪一侧管口注入多长的水银柱？气体的温度变为多少？ 4、一圆柱形气缸，质量M为10 kg，总长度L为40 cm，内有一厚度不计的活塞，质量m为5 kg，截 面积S为50 cm2，活塞与气缸壁间摩擦不计，但不漏气，当外界大气压强p0为1′105Pa，温度t0为7° C时，如果用绳子系住活塞将气缸悬挂起来，如图所示，气缸内气体柱的高L1为35 cm，g取 10 m/s2．求：①此时气缸内气体的压强；②当温度升高到多少摄氏度时，活塞与气缸将分离． 5、如图所示，两个绝热、光滑、不漏气的活塞A和B将气缸内的理想气体分隔成甲、乙两部分， 气缸的横截面积为S = 500 cm2。开始时，甲、乙两部分气体的压强均为1 atm（标准大气压）、 温度均为27 ℃，甲的体积为V1 = 20 L，乙的体积为V2 = 10 L。现保持甲气体温度不变而使 乙气体升温到127 ℃，若要使活塞B仍停在原位置，则活塞A应向右推多大距离? 6、如图所示，一导热性能良好、内壁光滑的气缸竖直放置，在距气缸底部l=36cm处有一与气缸固定 连接的卡环，活塞与气缸底部之间封闭了一定质量的气体．当气体的温度T0=300K、大气压强p0＝1.0 ×105Pa时，活塞与气缸底部之间的距离l0=30cm，不计活塞的质量和厚度．现对气缸加热，使活塞缓 慢上升，求： ①活塞刚到卡环处时封闭气体的温度T1．②封闭气体温度升高到T2=540K时的压强p2． 7、使一定质量的理想气体的状态按图中箭头所示的顺序变化，图线 BC是一段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T A＝300K，问气体在状态B、C和D的温度 各是多大?