第八章3理想气体的状态方程.doc

第八章第3节 理想气体的状态方程 （1课时）教学目标1知道什么是理想气体，理想气体分子的运动特点，气体压强产生的原因。2、掌握理想气体的状态议程，知道理想气体状态方程的推导过程。3、能利用理想气体的状态方程分析解决实际问题4、学会建立物理模型的研究方法重点、难点1理想气体的状态方程。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。教学过程引入新课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？ 一 “理想气体”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。讲解：在初中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(1.013105Pa)pV值(1.013105PaL)H2N2O2空气11.0001.0001.0001.0001001.06900.99410.92650.97302001.13801.04830.91401.01005001.35651.39001.15601.340010001.72002.06851.73551.9920出示表格（1）：（1）所示是在温度为0，压强为1.013105Pa的条件下取1L几种常见实际气体保持温度不变时，在不同压强下用实验测出的pV乘积值。从表中可看出在压强为1.013105Pa至1.013107Pa之间时，实验结果与玻意耳定律计算值，近似相等，当压强为1.013108Pa时，玻意耳定律就完全不适用了。这说明实际气体只有在一定温度和一定压强范围内才能近似地遵循玻意耳定律和查理定律。而且不同的实际气体适用的温度范围和压强范围也是各不相同的。为了研究方便，我们假设这样一种气体，它在任何温度和任何压强下都能严格地遵循玻意耳定律和查理定律。我们把这样的气体叫做“理想气体”。板书：一、理想气体：（1）为了研究问题的方便，可以设想一种气体，在任何温度和任何压强下都遵从气体实验定律，我们把这样的气体叫做理想气体。（2）理想气体是不存在的，它是实际气体在一定程度的近似，是一种理想化的模型。（3）理想气体分子间，除碰撞外无其他作用力，从能量上看，一定质量的理想气体的内能完全由温度决定。温度升高内能增大，温度降低内能减小，温度不变内能不变。课堂练习1.关于理想气体,下列说法正确的是( AC ) A.理想气体状态变化严格遵循气体实验定律 B.实际气体在温度不太高、压强不太大的情况下,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.对于一定质量的理想气体,下列状态变化中不可能的是 ( BC ) A.使气体体积增加而同时温度降低 B.使气体温度升高,体积不变、压强减小 C.使气体温度不变,而体积、压强同时增大 D.使气体温度降低,而体积、压强同时减小 3.如图所示,表示一定质量的理想气体沿从a到b到c到d再到a的方向发生状态变化的过程,则该气体压强变化情况是( AC ) A.从状态c到状态d,压强减小,内能减小 B.从状态d到状态a,压强增大,内能减小 C.从状态a到状态b,压强增大,内能增大 D.从状态b到状态c,压强不变,内能增大 4.对于一定质量的气体,下列说法正确的是( B ) A.无论温度如何变化,压强/密度=常量 B.在恒定温度下,压强/密度=常量 C.在恒定温度下,压强密度=常量 D.当温度保持恒定时,压强与密度无关 二推导理想气体状态方程对于一定质量的理想气体的状态可用三个状态参量p、V、T来描述，这三个状态参量中只有一个变而另外两个参量保持不变的情况是不会发生的。换句话说：若其中任意两个参量确定之后，第三个参量一定有唯一确定的值。它们共同表征一定质量理想气体的唯一确定的一个状态。根据这一思想，我们假定一定质量的理想气体在开始状态时各状态参量为（p1，V1，T1），经过某变化过程，到末状态时各状态参量变为（p2，V2，T2），这中间的变化过程可以是各种各样的，现假设有如下过程：第一种：从（p1，V1，T1）先等温并使其体积变为V2，压强随之变为pc，此中间状态为（pc，V2，T1）再等容并使其温度变为T2，则其压强一定变为p2，则末状态（p2，V2，T2）。第二种：从（p1；V1，T1）先等容并使其温度变为T2，则压强随之变为pc，此中间状态为（pc，V1，T2），再等温并使其体积变为V2，则压强也一定变为p2，也到末状态（p2，V2，T2）。第三种：先等压再等容还有第四种及其它可能性，让三大组每一大组学生推导一种情况。（学生在推导时，不会设中间态的三个参量，可参考教材P24页图8.3-1的过程提示，教师也可引导学生先在P-V 图中把可能的变化过程画出，再进行公式推导）结论：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。板书二、理想气体状态方程（1）内容：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）公式：1恒量C与气体的质量和种类有关，与P 、V 、T无关。2适用于一定质量理想气体的状态变化过程3密度公式，在气体质量改变的情况下也适用。4理想气体状态方程的分态式。 （3、4公式可放入习题课讲解）（3）适用条件：理想气体（4）解题步骤：A确定研究对象（某一部分气体），明确所处系统的力学状态（是否具有加速度）B弄清气体状态变化的过程（是单调变化还是非单调变化，是否会出现临界状态或极值点）C确定气体的初末状态及状态参量，并注意单位统一。D、根据题意，选用适当的气体状态方程求解。E、分析讨论所得结果的合理性及物理意义。【例题】一定质量的理想气体由状态A变为状态D,其有关数据如图甲所示,若状态D的压强是 Pa, (1)求状态A的压强; (2)请在图乙中画出该状态变化过程的pT图象,并分别标出A、B、C、D各个状态,不要求写出计算过程。 解析:(1)据理想气体状态方程: 则 Pa (2)pT图象及A、B、C、D各个状态如下图所示。 课堂练习5.空气在标准状态下的密度是1. kg/L,当温度升高到8