理想气体的状态方程(公开课).ppt

理想气体的状态方程,第八章 气体,知识回顾,【问题1】三大气体实验定律内容是什么？,公式： pV =C,2、査理定律：,公式：,1、玻意耳定律：,3、盖-吕萨克定律：,公式,【问题2】这些定律的适用范围是什么？,温度不太低，压强不太大.,【问题3】如果某种气体的三个状态参量（p、V、T）都发生了变化，它们之间又遵从什么规律呢？,一.理想气体,假设有这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵从气体实验定律,我们把这样的气体叫做“理想气体”。,理想气体具有那些特点呢？,1、理想气体是不存在的，是一种理想模型。,2、在温度不太低,压强不太大时实际气体都可看成是理想气体。,3、理想气体不考虑气体分子的大小和分子间作用力，也就是说气体分子的内能是由温度决定的。,思考与讨论,如图所示，一定质量的某种理想气体从A到B经历了一个等温过程，从B到C经历了一个等容过程。分别用pA、VA、TA和pB、VB、TB以及pC、VC、TC表示气体在A、B、C三个状态的状态参量，那么A、C状态的状态参量间有何关系呢？,推导过程,从AB为等温变化：由玻意耳定律,pAVA=pBVB,从BC为等容变化：由查理定律,又TA=TB VB=VC,解得：,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，尽管p、V、T都可能改变，但是压强跟体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。,2、公式：,或,3、使用条件:,一定质量的某种理想气体.,注：恒量C由理想气体的质量和种类决定，即由理想气体的物质的量决定,4、气体密度式：,例题1:一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为多少毫米汞柱？,p1=758-738=20mmHg V1=80Smm3 T1=273+27=300 K,T2=273+（-3）=270K,解得： p=762.2 mmHg,p2=p-743mmHg V2=（738+80）S-743S=75Smm3,解：以混进水银气压计的空气为研究对象,初状态：,末状态：,由理想气体状态方程得：,如图所示，一定质量的理想气体，由状态A沿直线AB变化到B，在此过程中，气体分子的平均速率的变化情况是（ ）,练习：,A、不断增大,B、不断减小,C、先减小后增大,D、先增大后减小,D,小 结,一、理想气体：,在任何温度和任何压强下都能严格地遵从气体实验定律的气体,二、理想气体的状态方程,或,注：恒量C由理想气体的质量和种类决定，即由气体的物质的量决定,气体密度式：,8.4 气体热现象的微观意义,第八章 气体,甲：我很怕坐飞机，我问过专家，每架飞机上 有炸弹的概率是万分之一万分之一虽然 很小，但还没小到可以忽略不计的程度， 所以我以前从来不坐飞机。,乙：可是你今天为什么来坐飞机了？,甲：我又问过专家，每架飞机上有一颗炸弹的概率是万分之一， 但每架飞机上同时有两颗炸弹的概率只有亿分之一这已经 小到可以忽略不计了。,乙：但两颗炸弹与你坐不坐飞机有什么关系？,甲：当然有关系啦不是说同时有两颗炸弹的概率很小吗，我 现在自带了一颗炸弹，飞机上再有一颗几乎是不可能的， 所以我才放心地来坐飞机！,乙：#￥%&我和你想的一样，我也带了一颗！,笑话,一、随机性与统计规律,1、在一定条件下，若某事件必然出现，这个事件 叫做必然事件,2、若某件事不可能出现，这个事件叫做 不可能事件,3、若在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现， 这个事件叫做随机事件,课本的实验给我们什么启示?,1、个别随机事件的出现具有偶然性,2、大量随机事件的整体会表现出一定的 规律性。,这种规律就是统计规律,二、气体分子运动的特点,气体分子距离比较大， 分子间作用力很弱，分子除了相互碰撞或跟器壁碰撞外不受力而做匀速直线运动，因而会充满它能达到的整个空间 气体分子数量巨大，之间频繁地碰撞，分子速度大小和方向频繁改变 ，运动杂乱无章，任何一个方向运动的气体分子都有，各个方向运动的分子数目基本相等,三、气体热现象的微观意义,气体温度 的微观意义,图象观察与思考,1、 图中氧气分子速率分布是否 存在统计规律？,2、 0和100氧气分子速率分 布有什么相同的统计规律？,3、 对比0和100氧气分子速率 分布图象，有什么不同？,存在统计规律,都呈中间多两头少的分布规律,温度越高，分子平均速率越大, 通过定量分析得出：理想气体的热力学 温度T与分子的平均动能成正比., 温度是分子平均动能的标志,为比例常数, 气体压强 的微观意义,从微观角度看 、气体对容器的压强是如何产生的？,、压强的大小可能和什么因素有关？,答： 是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的,“豆粒模拟实验”气体压强的微观解释,在某高度，将豆粒连续倒在秤盘上，观察示数,在更高的位置，将豆粒连续倒在秤盘上，观察示数,实验现象：,【实验一】,位置越高，台秤的示数越大,类比：气体分子平均动能越大，气体压强越大,结论：豆粒的动能越大，对秤盘压强越大,温度,在相同高度， 将豆粒更密集倒在秤盘上，观察示数,【实验二】,实验现象：,倒在秤盘上的大米越密集，示数越大,类比：气体分子越密集，气体压强越大,体积,气体压强的大小跟两个因素有关：,（体积）,（温度）,结 论,气体分子的密集程度,气体分子的平均动能,对气体实验定律 的微观解释,玻意耳定律 一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强p与体积成反比,玻意耳定律的微观解释,请自己解释查理定律和盖吕萨克定律,查理定律 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强 p与热力学温度T成正比,盖吕萨克定律 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比,理想气体状态变化的图象 1一定质量的理想气体的各种图象,一般状态变化图象的处理方法 基本方法，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ABCA.,在VT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pApBpC，即pApBpC，所以AB压强增大，温度降低，体积缩小BC温度升高，体积减小，压强增大，CA温度降低，体积增大，压强减小.,理想气体状态方程的应用 如图所示为粗细均匀、一端封闭一端开口的U形玻璃管当t131 ，大气压强为p076 cmHg时，两管水银面相平，这时左管被封闭气柱长l18 cm.求：,(1)当温度t2等于多少摄氏度时，左管气柱l2为9 cm? (2)当温度达到上问中的温度t2时，为使左管气柱仍为8 cm，则应在右管加入多长的水银柱？,【答案】见解析,【方法总结】 应用理想气体状态方程解题的一般思路 (1)确定研究对象(某一部分气体)，明确气体所处系统的力学状态 (2)弄清气体状态的变化过程 (3)确定气体的初、末状态及其状态参量，并注意单位的统一,(4)根据题意，选用适当的气体状态方程求解若非纯热学问题，还要综合应用力学等有关知识列辅助方程 (5)分析讨论所得结果的合理性及其物理意义,用销钉固定的活塞把容器分成A、B两部分，其容积之比VAVB21，如图所示，起初A中有温度为127 、压强为1.8105 Pa的空气，B中有温度为27 ，压强为1.2105 Pa的空气，拔去销钉，使活塞可以无摩擦地移动但不漏气，由于容器壁缓慢导热，最后都变成室温27 ，活塞也停住，求最后A、B中气体的压强,答案：1.3105 Pa,用理想气体状态方程解决变质量问题 房间的容积为20 m3，在温度为7 、大气压强为9.8104 Pa时，室内空气质量是25 kg.当温度升高到27 ，大气压强变为1.0105 Pa时，室内空气的质量是多少？,【解析】室内气体的温度、压强均发生了变化，原气体的体积不一定再是20 m3，可能增大有气体跑出，可能减小有气体流入，因此仍以原25 kg气体为研究对象，通过计算才能确定 气体初态：p19.8104 Pa，V120 m3，T1280 K. 末态：p21.0105 Pa，体积V2，T2300 K.,【答案】23.8 kg,【方法总结】 在处理气体质量变化的问题时，可想像“放出”或“漏掉”的气体与剩余的气体状态相同，利用理想气体状态方程就可以确定剩余气体与“放出”或“漏掉”气体的体积、质量关系，从而确定剩余气体与原有气体间的状态变化关系,贮存筒内压缩气体的温度是27 ，压强是20 atm，从筒内放出一半质量的气体后，并使筒内剩余气体的温度降低到12 ，求剩余气体的压强为多大？,答案：9.5 atm,气体状态变化的图象问题 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左面汽缸的容积为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297K，现缓慢加热汽缸内气体，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p3. (3)在图中画出整个过程的pV图线,(3)如图所示，封闭气体由状态1保持体积不变，温度升高，压强增大到p2p0达到状态2，再由状态2先做等压变化，温度升高，体积增大，当体积增大到1.1V0后再等容升温，使压强达到1.1p0. 【答案】(1)330 K(2)1.1p0(3)见解析,【方法总结】 理想气体状态方程的解题技巧 (1)挖掘隐含条件，找出临界点，临界点是两个状态变化过程的分界点，正确找出临界点是解题的基本前提，本题中活塞刚离开B处和刚到达A处是两个临界点 (2)找到临界点，确定临界点前后的不同变化过程，再利用相应的物理规律解题，本题中的三个过程先是等容变化，然后是等压变化，最后又是等容变化,使一定质量的理想气体按图中箭头的顺序变化，图线BC是一段双曲线 (1)已知气体在状态A的温度TA300 K，求气体在状态B、C和D的温度各是多少？ (2)将上述状态变化过程改画成VT图，并标明A、B、C、D四点，并且要画箭头表示变化方向说明每段图线各表示什么过程,(2)在VT图中将A、B、C、D四点的V、T值分别描绘在图上，则其VT图如下图所示AB过程是等压膨胀过程，BC是等温膨胀过程，CD是等压压缩过程 答案：见解析,1.对于理想气体下列哪些说法是不正确的() A理想气体是严格遵守气体实验定律的气体模型 B理想气体的分子间没有分子力 C理想气体是一种理想模型，没有实际意义 D实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体,解析：根据理想气体的定义可知A项正确；根据理想气体微观模型可以判定B对；实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下，可当成理想气体，D对理想气体是对实际气体的科学抽象，可以使研究问题简便，C错 答案：C,2(2013泉州高二检测)民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地被“吸”在皮肤上，其原因是，当火罐内的气体() A温度不变时，体积减小，压强增大 B体积不变时，温度降低，压强减小 C压强不变时，温度降低，体积减小 D质量不变时，压强增大，体积减小,解析：纸片燃烧时，罐内气体的温度升高，将罐压在皮肤上后，封闭气体的体积不再改变，温度降低时，由C知封闭气体压强减小，罐紧紧“吸”在皮肤上，B正确 答案：B,3一定质量的理想气体，由状态A(1,3)沿直线AB变化到C(3,1)，如图所示，气体在A、B、C三个状态中的温度之比是() A111 B123 C343 D434 解析：由理想气体状态方程可作出判断 答案：C,答案：500 K,一根粗细均匀、内壁光滑、竖直放置的薄壁玻璃管 下端密封，上端密封但留有一气孔与外界大气相连。 管内下端有被活塞封住的一定量的理想气体，设外界 大气压强为P0，活塞因重力而产生的压强为0.5P0， 开始时，气体温度为T1，活塞上方的气体体积为0.5P0 活塞下方玻璃管的容积为V1. 现对活塞下端密封的气体缓慢加热。 求：活塞刚碰到玻璃管顶部时，气体的温度。 当气体温度达到1.8T1时，气体的压强。,T2=1.5T1 P2=1.8P0,