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- 2021-05-22 发布
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第 3 节 理想气体的状态方程
课堂合作探究
问题导学
一、理想气体状态方程
活动与探究 1
1.实际气体严格遵守气体实验定律吗?
2.从微观角度上讲,理想气体有怎样的特点?
3.请根据一定质量的理想气体的状态方程推导出含有密度的表达式。
迁移与应用 1
如图所示,粗细均匀、一端封闭一端开口的 U 形玻璃管,当 t1=31 ℃、大气压强 p0=76 cmHg
时,两管水银面相平,这时左管被封闭的气柱长 L1=8 cm,求:
(1)当温度 t2 是多少时,左管气柱 L2 为 9 cm;
(2)当温度达到上问中的温度 t2 时,为使左管气柱长 L 为 8 cm,应在右管中加入多长
的水银柱。
1.理想气体状态方程与气体实验定律
p1V1
T1
=p2V2
T2
⇒
T1=T2 时,p1V1=p2V2(玻意耳定律)
V1=V2 时,p1
T1
=p2
T2
(查理定律)
p1=p2 时,V1
T1
=V2
T2
(盖—吕萨克定律)
由此可见,三个气体实验定律是理想气体状态方程的特例。
2.应用理想气体状态方程解题的一般步骤
(1)明确研究对象,即一定质量的气体;
(2)确定气体在始末状态的参量 p1、V1、T1 及 p2、V2、T2;
(3)由理想气体状态方程列式求解;
(4)讨论结果的合理性。
二、气体的状态变化图象
活动与探究 2
一定质量的理想气体,其状态变化如图中箭头所示顺序进行,则 AB 段是___________
过程,遵守___________定律;BC 段是___________过程,遵守___________定律;若 CA 段
是以纵轴和横轴为渐近线的双曲线的一部分,则 CA 段是___________过程,遵守___________
定律。
迁移与应用 2
如图所示,水平放置的汽缸内壁光滑,活塞厚度不计,在 A、B 两处设有限制装置,使
活塞只能在 A、B 之间运动,B 左边汽缸的容积为 V0,A、B 之间的容积为 0.1V0。开始时活塞
在 B 处,缸内气体的压强为 0.9p0(p0 为大气压强),温度为 297 K,现缓慢加热缸内气体,
直至 399.3 K。求:
(1)活塞刚离开 B 处时的温度 TB;
(2)缸内气体最后的压强 p;
(3)在图中画出整个过程的 p-V 图线。
1.用图象表示气体状态变化的过程及变化规律具有形象、直观、物理意义明确等优点。
另外,利用图象对气体状态、状态变化及规律进行分析,给解答将带来很大的方便。
2.图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象
上的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程。明确图象的物理意义和特
点,区分清楚各个不同的物理过程是解决问题的关键。
3.对于图象的改画问题,首先在原图中求出各状态的 p、V、T,然后确定从一个状态
到另一个状态经历什么过程,最后从其他图中描出各点状态量,根据变化过程描出图线,即
所画的图象。
当堂检测
1.关于理想气体,下列说法不正确的是( )
A.理想气体能严格遵守气体实验定律
B.实际气体在温度不太高、压强不太小的情况下,可看成理想气体
C.实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下,可看成理想气体
D.所有的实际气体在任何情况下,都可以看成理想气体
2.对于理想气体方程pV
T
=恒量,下列叙述正确的是( )
A.质量相同的不同种气体,恒量一定相同
B.质量不同的不同种气体,恒量一定不相同
C.物质的量相同的任何气体,恒量一定相等
D.标准状态下的气体,恒量一定相同
3.对一定质量的气体,下列说法正确的是( )
A.温度发生变化时,体积和压强可以不变
B.温度发生变化时,体积和压强至少有一个发生变化
C.如果温度、体积和压强三个量都不变化,我们就说气体状态不变
D.只有温度、体积和压强三个量都发生变化,我们就说气体状态变化了
4.一定质量的理想气体经历一膨胀过程,此过程可以用 p-V 图象上的直线 ABC 来表示,
如图所示,在 A、B、C 三个状态中,气体的温度 TA________TC、TB________TA(选填“>”“=”
或“<”)。
5.有一定质量的氦气,压强与大气压相等,体积为 1 m3,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 1
500
m3,但
实验的结果是 1.36
500
m3。如果压强增大到大气压的 1 000 倍,体积实际减小至 2.07
1 000
m3,而不
是按玻意耳定律计算得到的 1
1 000
m3。在此过程中可以把氦气看成理想气体吗?
答案:
课堂·合作探究
【问题导学】
活动与探究 1:
1.答案:任何规律都有自己的适用范围,气体实验定律也不例外。玻意耳定律、查理
定律和盖—吕萨克定律,都是在压强不太大(和大气压强相比)、温度不太低(和室温比较)
的条件下根据实验总结出来的。当压强很大、温度很低时,由上述气体定律得出的结果和实
际测量的结果有很大的差别。所以实际气体并不严格遵守气体实验定律。
2.答案:(1)分子本身的大小和它们之间的距离相比较可忽略不计。
(2)分子间的距离很大,因此除碰撞外,分子间的相互作用力忽略不计。
3.答案:一定质量的理想气体的状态方程为p1V1
T1
=p2V2
T2
,等式两边分别除以被研究气体
的质量 m,可以得到方程 p1
ρ1T1
= p2
ρ2T2
,这就是一定质量的理想气体的状态方程含有密度的表
达式。
迁移与应用 1:答案:(1)78 ℃ (2)11.75 cm
解析:(1)初状态:p1=p0=76 cmHg,
V1=L1S,T1=304 K;
末状态:p2=p0+2 cmHg=78 cmHg,
V2=L2S,T2=?
根据理想气体状态方程p1V1
T1
=p2V2
T2
代入数据得 T2=351 K,t2=78 ℃。
(2)设应在左管中加入 h cm 水银柱,p3=p0+h=(76+h)cmHg,V3=V1=L1S,T3=T2
=351 K
根据理想气体状态方程p1V1
T1
=p3V3
T3
代入数据得 h=11.75 cm。
活动与探究 2:答案:等容 查理 等压 盖—吕萨克 等温 玻意耳
迁移与应用 2:答案:(1)330 K (2)1.1p0 (3)见解析图
解析:(1)活塞刚离开 B 处之前的状态变化可看做等容变化。
初状态:p1=0.9p0,T1=297 K,V1=V0;
末状态:p2=p0,T2=TB,V2=V0;
由查理定律p1
T1
=p2
T2
得0.9p0
297 K
=p0
TB
,
解得 TB=330 K。
(2)最后状态 p3=p,T3=399.3 K,V3=V0+0.1V0=1.1V0,由理想气体状态方程:p1V1
T1
=p3V3
T3
得:
0.9p0×V0
297
=p×1.1V0
399.3
解得 p=1.1p0。
(3)如图所示,状态的变化是先等容升温到状态 2,再等压缓慢升温,变化到末态体
积,最后再等容升压到最终状态。
【当堂检测】
1.BD 解析:理想气体是在任何温度、任何压强下都严格遵守气体实验定律的气体,A
正确;它是实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下的近似,故 C 正确,B、D 错误。
2.C
3.BC 解析:p、V、T 三个量中,可以两个量发生变化,一个量恒定,也可以三个量
同时发生变化,而一个量变化,另外两个量不变的情况是不存在的,气体状态的变化就是 p、
V、T 的变化。故 B、C 说法正确。
4.答案:= >
解析:由 p-V 图象读出理想气体在 A、B、C 三个状态的参量为:pA=3 atm,VA=1 L;
pB=2 atm,VB=2 L;pC=1 atm,VC=3 L,根据理想气体状态方程,有
pAVA
TA
=pBVB
TB
=pCVC
TC
,
即3×1
TA
=2×2
TB
=1×3
TC
,
所以 TA=TC,TA<TB。
5.答案:不可以。
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。
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