资源简介

(共12张PPT)
液体
气体
专题一 液体、气体的性质及其应用
第一节 液体的压强
第二节 液体的表面性质
第三节 液体的流动性及其应用
第四节 理想气体状态方程
第五节 气体压强的应用
第六节 学生实验：测量气体的压强
第四节 理想气体状态方程
学习步骤：
一、问题导入
二、理想气体
三、气体状态参量
四、实验探究
五、理想气体状态方程
六、物理与社会
七、巩固提升
教学目标：
通过建构理想气体模型，了解理想气体的状态参量。
通过实验，了解理想气体状态方程；能用其解释生产、
生活中的相关现象。
4.1 问题导入
在生产生活中，我们经常会遇到一些有关气体状态及变化的问题。例如，我们用打气筒给自行车胎打气，不一会儿我们就会发现打气筒的管壁温度升高；在非常热的天气里，高速行驶的汽车有时会突然爆胎。气体的压强、温度、体积这 3 个物理量之间有着怎样的关系？下面我们就来学习这方面的有关内容。
4.2 理想气体
理想气体是人们对实际气体简化而建立的一种理想模型。理想气体具有如下特点：分子本身不占有体积；分子间无相互作用力。从理想气体的特点可以看出，真正的理想气体是不存在的，因为分子虽然体积很小，但还是占有体积，分子间作用力是在任意时刻、任意距离情况下都存在的。在实际应用中，我们把温度不太低、压强不太高条件下的气体近似看作理想气体，而且温度越高、压强越低，越接近于理想气体。
4.3 气体状态参量
在研究气体性质时，气体的体积 V、温度 T 和压强 p 较易观察和测量，是大量气体分子集体运动的宏观表现，可以用来描述气体的状态，这些描述气体状态的物理量称为系统的状态参量。
（1）气体的体积
气体的体积通常就是气体容器的容积。气体具有流动性，它总能充满整个容器，因此，气体的体积就是指气体分子能够到达的容器空间。
（2）气体的温度
宏观上讲，温度是描述物体冷热程度的物理量；从微观方面看，温度是指物体内分子平均动能的标志。气体分子做的无规则运动越剧烈，分子平均动能越大，温度也就越高。同理，气体分子做的无规则运动越慢，分子平均动能越小，气体温度越低。
4.3 气体状态参量
T = t + 273. 15 K
定量表示温度高低的方法，称为温标。人们常采用的温标有摄氏温标、热力学温标、华氏温标等。用摄氏温标表示的温度称为摄氏温度，用符号 t 表示，单位是摄氏度，符号为℃。热力学温标是这样规定的：把 -273.15℃作为热力学温标的零度，称为绝对零度，它每一度的大小与摄氏温标相同。用这种温标表示的温度，称为热力学温度。符号用 T 表示，单位为开尔文，符号用 K 表示。热力学温度与摄氏温度的关系如上式。
（3）气体的压强
气体压强是由于大量气体分子对容器壁持续、无规则的撞击产生的。单位面积上大量气体分子对容器壁的压力，就是气体压强，简称气压。压强用 p 表示。在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa 。压强的单位还有千帕（kPa）和兆帕（MPa），它们和帕的换算关系分别是1 kPa = 103 Pa 1 MPa = 106 Pa
4.4 实验探究
探究一定质量的气体压强、温度和体积的关系
实验设备
气压计、温度计、活塞、玻璃管、水槽、热水、凉水、铁架台等。
实验原理
以封闭在玻璃管内的气体为研究对象，分别控制气体的温度、体积、压强不变，测出另外两个量的数值。通过分析，得出一定质量的气体压强、体积和温度之间的关系。
实验步骤
（1）根据图片安装实验器材；
（2）在保持气体压强不变的情况下，把玻璃管分别放入温度不同的水槽中，放置一会等玻璃管内的气体与水的温度平衡后，测量水的温度，即为玻璃管内气体的温度。改变水的温度，即改变气体的温度。测量多组数据，将其换算成SI单位（或统一单位）后填入表中，分析气体体积与温度之间的关系。
4.4 实验探究
（3）在保持气体体积不变的情况下，把玻璃管分别放入温度不同的水槽中，改变水的温度，即改变气体的温度。测量多组数据，将其换算成SI单位（或统一单位）后填入表中，分析气体压强与温度之间的关系。
（4）在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量多组数据，将其换算成 SI 单位（或统一单位）后填入表中，分析气体压强与体积之间的关系。
（5）用作图法，分析得出一定质量的气体压强、体积和温度之间的关系。
4.5 理想气体状态方程
思考一定质量的气体压强、温度和体积的关系
通过实验，我们可以得出以下结论：在密闭容器中的定量气体，在温度保持不变的条件下，压强与体积成反比关系；在密闭容器中的定量气体，在体积保持不变的条件下，压强与热力学温度成正比；在密闭容器中的定量气体，在压强保持不变的条件下，体积与热力学温度成正比。
综合以上结论可得 或
式中，p 为压强（Pa），V为气体体积（m3），T 为温度（K），C 是与气体种类和质量有关的常量。
上式反映了一定质量的理想气体状态发生变化时压强、体积和温度所遵循的规律，称为理想气体状态方程，又称作理想气体定律、普适气体定律。它是描述理想气体在处于平衡态时压强、体积、温度间关系的状态方程。
4.6 物理与社会
工业气体
气体种类繁多，在工农业生产中有着广泛的应用。我们常见的液化石油气（图 1-4-3）在常温常压下呈气态，就是一种典型的工业气体，主要用于工业制造方面。工业气体是整个工业的基础性资源，在国民经济当中有着重要的地位和作用，广泛应用于冶金、石油、化工、机械、电子、航空航天等诸多领域，在国防建设和医疗卫生领域也发挥着重要作用。如同水和电一样，有人形象地把工业气体比喻为工业的“血液”。
2010 年，我国工业气体市场规模达到 410 亿元，比2005 年增长了 67%，在全球市场的占比提高到10.6%；2015 年，我国工业气体市场规模达到近 1 000 亿元；2019 年，我国工业气体市场规模达到1477亿元，在全球市场的占比提高到17%左右；2021 年年末，我国工业气体市场规模有望达到近 1 600 亿元。我国的工业气体以超乎寻常的速度飞速发展，一定程度上反映了我国经济的高速发展。
4.7 巩固提升
1. 冬季，将装有半瓶热水的暖水瓶放置一个夜晚，次日一早拔瓶口的软木
塞时会觉得很紧，不易拔出。这是为什么？
2. 炎热的夏天，给汽车轮胎充气时，一般都不能充得太足；给自行车轮胎充气时，也不能充得太足。这是为什么呢？
3. 通过参观，了解化工生产和制药过程中常见气压计的工作原理，撰写调
查小报告，并在课堂上交流。进一步发展实验观察、技术运用等物理学科核心素养。

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