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物理 第八章 氣體 課時3 理想氣體的狀態(tài)方程 新人教版選修3-3

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物理 第八章 氣體 課時3 理想氣體的狀態(tài)方程 新人教版選修3-3

第八章氣 體目標(biāo)定位1.了解理想氣體的模型,并知道實際氣體看成理想氣體的條件.2.掌握理想氣體狀態(tài)方程,知道理想氣體狀態(tài)方程的推導(dǎo)過程.3.能利用理想氣體狀態(tài)方程分析解決實際問題.學(xué)案3理想氣體的狀態(tài)方程知識探究自我檢測一、理想氣體玻意耳定律、查理定律、蓋呂薩克定律等氣體實驗定律都是在壓強不太大(相對大氣壓強)、溫度不太低(相對室溫)的條件下總結(jié)出來的.那么當(dāng)壓強很大、溫度很低時,氣體還遵守該實驗定律嗎?答案在高壓、低溫狀態(tài)下,氣體狀態(tài)發(fā)生改變時,將不會嚴(yán)格遵守氣體實驗定律了.因為在高壓、低溫狀態(tài)下,氣體的狀態(tài)可能已接近或達(dá)到液態(tài),故氣體實驗定律將不再適用.問題設(shè)計知識探究1.理想氣體:在任何溫度、任何壓強下都遵從氣體實驗定律的氣體.2.理想氣體是一種 模型,是對實際氣體的科學(xué)抽象.3.理想氣體分子除碰撞外,無相互作用的引力和斥力,故無 ,一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能只與 有關(guān).理想化分子勢能要點提煉溫度4.實際氣體,特別是那些不容易液化的氣體,如氫氣、氧氣、氮氣、氦氣等,在壓強 (不超過大氣壓強的幾倍)、溫度 (不低于零下幾十?dāng)z氏度)時,才可以近似地視為理想氣體.不太大不太低二、理想氣體的狀態(tài)方程如圖1所示,一定質(zhì)量的某種理想氣體從狀態(tài)A到B經(jīng)歷了一個等溫過程,又從狀態(tài)B到C經(jīng)歷了一個等容過程,請推導(dǎo)狀態(tài)A的三個參量pA、VA、TA和狀態(tài)C的三個參量pC、VC、TC之間的關(guān)系.問題設(shè)計圖1答案從AB為等溫變化過程,根據(jù)玻意耳定律可得pAVApBVB 由題意可知:TATB VBVC p1V1p2V2要點提煉3.應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程解題的一般思路(1)確定研究對象,即一定質(zhì)量的理想氣體(2)確定氣體的初、末狀態(tài)參量p1、V1、T1和p2、V2、T2,并注意單位的統(tǒng)一.(3)由狀態(tài)方程列式求解.(4)討論結(jié)果的合理性.典例精析一、理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用例1如圖2所示,粗細(xì)均勻一端封閉一端開口的U形玻璃管,當(dāng)t131 ,大氣壓強p076 cmHg時,兩管水銀面相平,這時左管被封閉的氣柱長L18 cm,則當(dāng)溫度t2是多少時,左管氣柱L2為9 cm?圖2解析初狀態(tài):p1p076 cmHg,V1L1S8 cmS,T1304 K;末狀態(tài):p2p02 cmHg78 cmHg,V2L2S9 cmS,T2?解得:T2351 K,則t2(351273) 78 .答案78 例2如圖3所示,一氣缸豎直放置,橫截面積S50 cm2,質(zhì)量m10 kg的活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在缸內(nèi),氣體柱長h015 cm,活塞用銷子銷住,缸內(nèi)氣體的壓強p12.4105 Pa,溫度177 .現(xiàn)拔去活塞銷K(不漏氣),不計活塞與氣缸壁的摩擦.當(dāng)活塞速度達(dá)到最大時,缸內(nèi)氣體的溫度為57 ,外界大氣壓為p01.0105 Pa.g10 m/s2,求此時氣體柱的長度h.圖3解析當(dāng)活塞速度達(dá)到最大時,氣體受力平衡解得:h22 cm.答案22 cm二、理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用例3如圖4甲所示,一導(dǎo)熱性能良好、內(nèi)壁光滑的氣缸水平放置,橫截面積為S2103m2、質(zhì)量為m4 kg、厚度不計的活塞與氣缸底部之間封閉了一部分理想氣體,此時活塞與氣缸底部之間的距離為24 cm,在活塞的右側(cè)12 cm處有一對與氣缸固定連接的卡環(huán),氣體的溫度為300 K,大氣壓強p01.0105 Pa.現(xiàn)將氣缸豎直放置,如圖乙所示,取g10 m/s2.求:圖4(1)活塞與氣缸底部之間的距離;答案20 cm(2)加熱到675 K時封閉氣體的壓強.解析假設(shè)活塞能到達(dá)卡環(huán)處,則T3675 K,V336 cmS得p31.5105 Pap21.2105 Pa所以活塞到達(dá)卡環(huán)處,氣體壓強為1.5105 Pa.答案1.5105 Pa自我檢測答案D2.(理想氣體狀態(tài)方程的基本應(yīng)用)鋼筒內(nèi)裝有3 kg氣體,溫度是23 ,壓強為4 atm,如果用掉1 kg后溫度升高到27 ,求筒內(nèi)氣體壓強.解析將筒內(nèi)氣體看做理想氣體,以2 kg氣體為研究對象,設(shè)鋼筒的容積為V,初狀態(tài):p14 atm,V12V/3,T1250 K,末狀態(tài):V2V,T2300 K,3.(理想氣體狀態(tài)方程的綜合應(yīng)用)如圖5所示,豎直放置在水平面上的氣缸,其缸體質(zhì)量M10 kg,活塞質(zhì)量m5 kg,橫截面積S2103 m2,活塞上部的氣缸里封閉一部分理想氣體,下部有氣孔a與外界相通,大氣壓強p01.0105 Pa,活塞的下端與勁度系數(shù)k2103 N/m的彈簧相連.當(dāng)氣缸內(nèi)氣體溫度為127 時,彈簧的彈力恰好為零,此時缸內(nèi)氣柱長為L20 cm.求當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度升高到多少時,氣缸對地面的壓力為零.(g取10 m/s2,活塞不漏氣且與氣缸壁無摩擦)圖5解析缸內(nèi)氣體初狀態(tài):V1LS20S,T1(273127) K400 K.氣缸和活塞整體受力平衡:kx(mM)g,缸內(nèi)氣體體積V2(Lx)S27.5S,解得:T21 100 K,即t827 答案827 課堂要點小結(jié)

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