《四、气体》学习任务单

《四、气体》学习任务单【学习目标】1、能说出气体的状态参量都有啥，还得知道每个参量是咋定义的。2、会用理想气体状态方程解决简单的实际问题，就像算气球在不同情况下的体积变化之类的。3、能解释生活中跟气体状态变化有关的一些现象，比如说为啥夏天自行车胎容易爆。【学习任务一：认识气体的状态参量】1、思考我给你们讲个事儿啊。有一天我去打气，那个打气筒一压，气就往轮胎里跑。我就想啊，这个气的状态好像有好多方面可以描述呢。那同学们也想想，我们要描述气体的状态，都需要考虑哪些东西呢？2、压强（1）定义：同学们可以想象一下，气体分子就像一群调皮的小虫子，不停地撞容器壁，这个撞的劲儿就是压强。那压强到底咋定义呢？压强就是单位面积上气体分子碰撞产生的压力。就好比一堆人挤在一个小房间里，人越多，大家互相挤的劲儿就越大，这就像压强越大。（2）单位：常用的压强单位有帕斯卡（Pa）。那1帕斯卡是个啥概念呢？就像在1平方米的面积上，均匀地施加1牛顿的力，这个压强就是1帕斯卡。（3）测量：那咋测量气体压强呢？我们可以用压强计。就像我们量身高用尺子一样，压强计就是专门量气体压强的“尺子”。同学们想想，还有哪里会用到压强的测量呢？比如汽车轮胎里的气，要是压强不够或者太大了，开车可就不安全了，这时候就需要压强计来看看轮胎里的气到底咋样了。3、体积（1）定义：这个就比较好理解啦，气体所占的空间大小就是体积。比如说咱们教室里的空气，从这个墙角到那个墙角，从地面到天花板，这一大块空间就是这些空气的体积。（2）单位：体积的单位有立方米（m³）、升（L）、毫升（mL）等。1立方米可大了，就像一个特别大的箱子；1升呢，大概就是一大瓶饮料那么多；1毫升就很少啦，就像一小滴眼药水。4、温度（1）定义：温度反映了气体分子热运动的剧烈程度。可以想象成这些气体分子在开运动会，温度越高，分子们跑得越欢，互相撞得也越厉害。（2）单位：我们常用的温度单位有摄氏度（℃）和开尔文（K）。0℃的水会结冰，100℃的水会沸腾。而开尔文和摄氏度之间还有个小换算呢，T（K）＝t（℃）＋273.15。比如说20℃，换算成开尔文就是20＋273.15＝293.15K。例1：（1）一个气球里的气体压强是2×10⁵Pa，这个压强表示啥意思呢？（2）一个瓶子里装着2L的气体，这2L描述的是气体的啥参量呢？（3）如果说气体的温度是300K，这又说明了气体分子怎样的状态呢？【学习任务二：理想气体状态方程】1、理想气体（1）概念：理想气体就像是我们想象中的完美气体。这种气体的分子间没有相互作用力，而且分子本身不占体积。就像我们想象中的超级英雄，无所不能又没有缺点。虽然实际生活中没有完全符合这个条件的气体，但是很多时候我们研究的气体都可以近似看成理想气体。（2）假设条件：为啥要假设这样的理想气体呢？这是为了让我们在研究气体状态变化的时候更方便。就好比我们在做数学题的时候，先假设一些简单的条件，把复杂的问题简单化。2、理想气体状态方程（1）方程：pV＝nRT。这里面p是压强，V是体积，n是物质的量，R是摩尔气体常量（R＝8.31J/（mol·K)），T是温度。这个方程就像一把万能钥匙，能帮我们解决好多气体状态变化的问题。（2）推导：那这个方程是咋来的呢？我们可以从气体实验定律慢慢地推导出来。不过这就像是一场数学冒险，我们先不详细讲推导过程啦，只要大家先记住这个方程就行。3、应用（1）简单计算：例2：有一定量的理想气体，初始状态压强p₁＝1×10⁵Pa，体积V₁＝2L，温度T₁＝300K。如果压强变为p₂＝2×10⁵Pa，温度变为T₂＝400K，那体积V₂是多少呢？首先，根据理想气体状态方程p₁V₁＝nRT₁，p₂V₂＝nRT₂。因为n和R不变，所以可以得到p₁V₁/T₁＝p₂V₂/T₂。然后把已知的数值带进去，就是(1×10⁵×2)／（300)＝（2×10⁵×V₂)／（400)。最后解这个方程就可以算出V₂的值啦。（2）实际问题：例3：汽车发动机里的气缸，在吸气冲程中，吸入了压强为p₁＝1×10⁵Pa，温度为T₁＝300K，体积为V₁＝0.5L的空气。在压缩冲程中，体积被压缩到V₂＝0.1L，压强变为p₂＝5×10⁵Pa，那此时空气的温度T₂是多少呢？还是用理想气体状态方程p₁V₁/T₁＝p₂V₂/T₂，把数值带进去就可以算出T₂啦。互动环节：同学们分成小组，互相讨论一下理想气体状态方程在生活中的其他可能应用场景。比如说在热气球飞行、高压锅做饭这些事情里，气体的状态是怎么变化的，能不能用这个方程来解释。每个小组派一个代表来说说你们小组的讨论结果。【学习任务三：气体状态变化与生活现象】1、等压变化（1）规律：在压强不变的情况下，气体的体积和温度是成正比的。这就像我们吹气球，当我们慢慢往气球里吹气，保持吹气的劲儿（压强）不变，气球的体积会随着里面气体温度的变化而变化。如果把气球放在热水里，里面的气体温度升高，体积就会变大；放在冷水里，温度降低，体积就会变小。（2）公式：V₁/T₁＝V₂/T₂。（3）生活中的例子：夏天的时候，我们看到路边的电线杆上的电线会变得比冬天的时候松一些。这是为啥呢？因为夏天温度高，电线里的金属是固体，但是也会像气体一样有热胀冷缩的现象。这里就可以类比等压变化，虽然不是气体，但是道理是一样的。2、等容变化（1）规律：在体积不变的情况下，气体的压强和温度是成正比的。比如说我们把一个密封的瓶子放在火上烤，瓶子里的气体体积不变，但是温度升高了，压强就会增大。（2）公式：p₁/T₁＝p₂/T₂。（3）生活中的例子：我再给你们讲个事儿啊。我有一次不小心把一个空的矿泉水瓶盖拧紧了，然后放在太阳下晒。过了一会儿，我去拿瓶子的时候，发现瓶子变得鼓鼓的。这就是因为瓶子里的气体在体积不变的情况下，温度升高，压强增大了。3、等温变化（1）规律：在温度不变的情况下，气体的压强和体积成反比。就像我们用手捏气球，要是想让气球里的气体温度不变，我们捏得越紧（压强越大），气球的体积就越小。（2）公式：p₁V₁＝p₂V₂。（3）生活中的例子：潜水员在水下的时候，他们呼吸的空气是装在一个特殊的容器里的。当他们下潜得越深，水压越大，这个时候容器里的气体压强也会增大，为了保持温度不变，气体的体积就会变小。互动环节：同学们想一想，还有哪些生活中的现象可以用这三种气体状态变化来解释呢？然后和同桌互相分享一下，看看谁想到的更多。【总结提升】今天咱们学习了气体的状态参量，还有理想气体状态方程，以及气体状态变化和生活现象的联系。同学们来说说自己的收获吧。是学会了计算气体状态变化的问题呢，还是对生活中的一些现象有了新的理解呢？【课后探究】大家以小组为单位，探究一下在航空航天领域，气体状态变化是如何被利用和控制的。比如说在火箭发射的时候，燃料燃烧产生的高温气体，它的状态是怎么变化的，工程师们是怎么利用这些变化来推动火箭的。最后每个小组要写一个小报告。习题答案：例1：（1）表示单位面积上气体分子碰撞产生的压力是2×10⁵牛顿每平方米。（2）描述的是气体的体积参量。（3）说明气体分子热运动的剧烈程度处于一定水平，分子的平均动能与300K对应