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第二章 固體、液體和氣體
第5節 第2課時 氣體實驗定律的微觀解釋 理想氣體
1.理解氣體壓強和氣體實驗定律的微觀解釋
2.理解并學會應用理想氣體狀態方程
當雨點比較稀疏時，作用力是斷續的，因此樹葉會抖動
當雨點比較密集時，作用力是持續的，因此樹葉被壓低
一、氣體壓強的微觀解釋
從分子動理論的觀點來看，氣體壓強是大量氣體分子對器壁作用的宏觀效果，大小等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。
大量分子頻繁地碰撞器壁，會對器壁產生持續、均勻的壓力，產生壓強。
視頻展示：氣體壓強的微觀意義
單個分子對器壁的作用力跟什么因素有關呢？
我們利用動量定理做一個簡化的推導：把一個分子看作一個質量為m的彈性小球（如圖所示），小球以垂直于器壁的初速度V撞向器壁，因為是彈性碰撞，反彈后速度V'=-V。設碰撞過程中器壁對小球的平均作用力大小為F，作用時間為t：
根據動量定理：Ft=mV-(-mV) 解得：F=2mV/t
根據牛頓第三定律，小球對器壁的沖擊力F'=F=2mV/t
因此，分子與容器壁碰撞的作用力與分子的質量以及碰撞的速率有關。
大量分子頻繁地碰撞器壁產生的壓強還跟什么因素有關呢？
我們知道壓強P=F/S，如果單位體積內氣體分子數目越多，那么碰撞到器壁單位面積上的分子數目就越多，單位面積上的平均作用力越大，則壓強越大。
因此，氣體壓強還跟單位體積內分子數目有關。
就大量分子而言，氣體質量一定時，如果溫度不變，體積越小，單位體積內氣體分子數目越多，撞擊器壁的分子數目越多，撞擊的平均作用力越大，則壓強越大；如果體積不變，溫度越高，氣體分子熱運動的平均速率越大，撞擊的平均作用力越大，則壓強越大。
總結：
影響氣體壓強的兩個因素：
(1)氣體分子的密集程度；
(2)氣體分子的熱運動的平均速率。
二、氣體實驗定律的微觀解釋
1.溫度的微觀含義：溫度越高，分子熱運動的平均動能越大；溫度越低，分子熱運動的平均動能越小。
2.壓強的微觀含義：容器中氣體分子的平均速率越大、分子數密度越大，氣體壓強就越大；容器中氣體分子的平均速率越小、分子數密度越小，氣體壓強就越小。
宏觀角度
溫度
體積
分子的平均速率（平均動能）
分子的密集程度
微觀角度
3.玻意耳定律的微觀解釋
一定質量的氣體，溫度保持不變時，氣體分子熱運動的平均動能一定，若氣體體積減小，分子的密集程度增大，氣體壓強增大。反之，若氣體體積增大，分子的密集程度減小，氣體壓強減?。ㄈ鐖D所示）。
（公式：pV =C1）
4.查理定律的微觀解釋
一定質量的氣體，體積保持不變時，氣體分子的密集程度保持不變，若氣體溫度升高，分子的熱運動的平均動能增大，氣體壓強增大。反之，若氣體溫度降低，分子熱運動的平均動能減小，氣體壓強減?。ㄈ鐖D所示）。
（公式： ）
5.蓋-呂薩克定律的微觀解釋
一定質量的氣體，溫度降低時，分子的熱運動的平均動能減??；只有氣體的體積同時減小，使分子的密集程度增大，才能保持壓強不變（如圖所示）。
（公式： ）
三、理想氣體及理想氣體狀態方程
1.理想氣體
(1)理想氣體：在______溫度、______壓強下都遵守氣體實驗定律的氣體。
(2)理想氣體與實際氣體
任何
任何
不太低
不太大
特點：
（1）理想氣體是不存在的，是一種理想化模型。
（2）從微觀上說：①分子有質量而沒有體積；
②分子間以及分子和器壁間除碰撞外無其他作用力。
（3）從能量上說：理想氣體的微觀本質是忽略了分子力，沒有分子勢能，理想氣體的內能只有分子動能。一定質量的理想氣體的內能僅由溫度決定，與氣體的體積無關。
2.理想氣體狀態方程
（1）內容：一定質量的某種理想氣體，在從一個狀態變化到另一個狀態時，盡管其壓強p、體積V和溫度T都可能改變，但壓強p跟體積V的乘積與熱力學溫度T的比__________。
保持不變
（3）成立條件：一定質量的__________。
理想氣體
（2）理想氣體狀態方程表達式： 或=C（常量，與氣體的種類及質量有關）。
一定質量的理想氣體，由狀態 A 經狀態 B 變為狀態 C，其中 A 到 B 過程為等壓變化，B 到 C 過程為等容變化。已知 VA=0.3 m3 ，TA=TC=300 K，TB=400 K。
（1）求氣體在狀態 B 時的體積大小 ；
（2）從微觀的角度說明氣體由狀態 A 到 C 過程中壓強如何變化。
解：（1）根據氣體等壓變化規律，有
已知狀態 A 的參量 VA、TA，狀態 B 的參量 TB，則
（2）氣體從狀態 A 到 B 是一個等壓膨脹過程，由于氣體體積增大，導致分子密集程度降低，因此單位時間內在單位面積器壁上的撞擊次數就會減少。氣體從狀態 B 到 C 是一個等容降溫過程，由于溫度降低，分子的平均動能減小，導致大量分子撞擊器壁過程中對器壁的平均作用力減小。綜上所述，氣體壓強降低。
應用理想氣體狀態方程解題的一般步驟
(1)明確研究對象，即一定質量的理想氣體。
(2)確定氣體在初、末狀態的參量p1、V1、T1及p2、V2、T2。
(3)由理想氣體狀態方程列式求解。
(4)必要時討論結果的合理性。
1.關于理想氣體，下列說法正確的是( )
A．理想氣體也不能嚴格地遵守氣體實驗定律
B．實際氣體在溫度不太高、壓強不太小的情況下，可看成理想氣體
C．實際氣體在溫度不太低、壓強不太大的情況下，可看成理想氣體
D．所有的實際氣體在任何情況下，都可以看成理想氣體
C
2.用打氣筒給籃球打氣，設每推一次活塞都將一個大氣壓的一整筒空氣壓入籃球。不考慮打氣過程中的溫度變化，忽略籃球容積的變化，則后一次與前一次推活塞過程比較（ ）
A．籃球內氣體壓強的增加量相等
B．籃球內氣體壓強的增加量大
C．籃球內氣體壓強的增加量小
D．壓入的氣體分子數少
A
3.一定質量的理想氣體，從一個狀態變化到另一個狀態，在如圖所示的四個圖中，描述的變化過程可能相同的是(　　)
A．甲和乙
B．甲和丙
C．乙和丙
D．乙和丁
C
4.壓強的微觀原因是氣體分子對容器壁的作用，關于氣體的壓強，下列說法正確的是（　　）
A．氣體壓強的大小只與分子平均動能有關
B．單位體積內的分子數越多，分子平均速率越大，壓強就越大
C．一定質量的氣體，體積越小，溫度越高，壓強就越小
D．氣體膨脹對外做功且溫度降低，氣體的壓強可能不變
B
氣體實驗定律的微觀解釋 理想氣體
氣體壓強的微觀解釋
氣體實驗定律的微觀解釋
理想氣體

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