第四章 气体
意义学习
热学是物理学的一部分，本章内容是热学内容的重点章节，但课程标准对本章的要求都是了解层次，要求较低。主要讲述理想气体状态方程，并对气体分子运动的特点进行简单介绍，还对气体定律给出微观解释．高考的考试说明中只对气体实验定律和理想气体做了Ⅰ级的要求。所以本章只是对实验定律做定性要求，会用它分析和解释生活、生产中的实际问题就可以了，不涉及定量计算。热学研究主要是用宏观和微观两种手段，把宏观和微观结合起来，并且用统计的思想来解释气体的实验定律。本章适当加强了图线的教学，不论在课文和练习、习题中都有体现．
这一章定量的内容较多，对知识的要求较高．在知识的运用方面，要综合运用数学知识和前面学过的分子动理论等知识来理解或者解释问题，要求学生在运用中提高分析问题和解决问题的能力．这一章还明显地体现一些研究物理的观点和方法．
高考聚焦
考查理科综合以来，气体这一部分每份题只考查一个选择题，气体知识热学三块内容中的一小块内容，考查的频度和难度都较小。2008年这一部分属于选考内容，整个热学只占8分的题目，还是选考内容。气体这一部分只能定性考查，所以考查的可能性不大。
课题探究
1．在一个空饮料瓶中放一个气球，用气球口覆盖住饮料瓶口，试一试用嘴吹气球，看能不能把气球吹起来；如果在饮料瓶的底部穿一个小孔，再吹气球看看，有什么情况发生。
点拨与提示：气球把饮料瓶密封出一定质量的气体，当用嘴吹气球时，气球内气体体积减小，压强增大，所以很难把气球吹起来。如果在饮料瓶的底部穿出一个小孔，则压强不会增大，很容易把气球吹起来。
2．找一个一次性注射器，把针头去掉，用手堵住注射器的注射口，然后用手推或拉注射器的活塞部分，感受一定质量的气体在体积变大或变小的时候，手的感觉。
点拨与提示：推活塞部分时，体积减小，压强增大；拉活塞时，体积减小，压强增大。
创新学法
三维目标
知识与技能
1. 使学生明确理想气体的状态应由三个参量来决定，其中一个发生变化，至少还要有一个随之变化，所以控制变量的方法是物理学研究问题的重要方法之一．
2．掌握气体实验定律的内容，并能应用气体实验定律解释实验现象，知道气体实验定律在生活中应用实例。
3.能用气体实验定律解决相关问题。
过程与方法
1．通过演示实验、学生实验培养学生观察能力、动手操作能力
2．通过具体例题的分析，培养学生解决问题的能力和理论联系实际的能力。
情感态度与价值观
培养学生的爱国的民族精神、合作精神、团队精神、实事求是精神。
重点难点
重难点：通过实验探究，掌握气体的三个实验定律。
通过一些贴近生活的实例，例如：用气球做实验，打气筒给自行车打气的生活实例等介绍气体的三个状态参量，压强、体积、温度，能够粗略掌握三个状态参量的确定方法。通过前置补偿的手段，复习掌握控制变量法，引导学习复习牛顿运动定律中对a、F、m三个参量分析的方法，学习P、V、T三个参量之间的关系，得出等温变化、等容变化、等压变化着三个气体实验定律。对探究实验的教学，要尽量用学生实验，让学生自主探究，重视实验过程，培养学生设计实验，进行实验，收集和处理实验数据的能力。教材并部要求学生应用实验定律进行定量计算，所以只要求定性分析是关键。在定性分析的时候，根据图像进行教学，体会图像在处理物理问题中的作用和方法。
课时建议
1课时
情境设计
标题：吹不起来的气球
在一个空饮料瓶中放一个气球，用气球口覆盖住饮料瓶口，试一试用嘴吹气球，看能不能把气球吹起来；如果在饮料瓶的底部穿一个小孔，再吹气球看看，有什么情况发生。
问题导引：同样的气球为什么一次吹不起来，而另一次能吹起来？
点拨提示：气球把饮料瓶密封出一定质量的气体，当用嘴吹气球时，气球内气体体积减小，压强增大，所以很难把气球吹起来。如果在饮料瓶的底部穿出一个小孔，则压强不会增大，很容易把气球吹起来。
资料备选
汤姆孙
开尔文在热力学的发展中做出了重大贡献。他根据盖·吕萨克、卡诺等人的理论，他于1848年创立了热力学温标，明确指出：这个温标的特点是它完全不依赖于任何物质的物理性质。他于1851年提出了热力学第二定律，是热力学第二定律的两个主要奠基人之一。他于1852年与焦耳合作，进行了气体膨胀的多孔塞实验，发现了焦耳——汤姆孙效应，这一发现成为获得低温的主要方法之一。1856年他从理论上预言了一种新温差电效应。
除了在热学方面，开尔文在电磁学、光学、流体力学、地球物理、数学和工程应用等方面都做出了突出的贡献。一生发表了600多篇论文，取得了70多种发明专利，在科学界享有极高的声望。为了纪念他，国际计量大会把热力学温标称为开氏温标，热力学温度以开尔文为单位，是国际单位制中七个基本单位之一。
阅读与积累
开尔文
T=t+273℃
容积
温度
反
体积
正
压强
正
问题与思考
1．一个瘪了的兵乓球，只有外皮没损坏，我们还有办法把它修复，请问有什么办法？如何用气体实验定律来解释？
提示：把瘪了的乒乓球，投入热水中，乒乓球会复原。一定质量的气体，在温度升高时，如果体积不变，就会使压强增大，内部气体较大的压强会使乒乓球的外壳受到向外的力作用而恢复原状，这个过程中是温度升高，压强增大，体积增大。
2．一个气泡从水库的底部升到水面，会发生什么变化，试用热力学定律来解释。
提示：一般情况下，水库里面的水是越往上温度越高、压强也随水深度变小而变小，由理想气体状态方程可知，气泡里面的气体体积增大。
难点·疑点·方法
解答： 一定质量的气体，可以用三个状态参量来描述：温度、体积和压强。
名师讲析：在研究气体的热学性质时，要用几个物理量来描述气体的状态，它们就是气体的温度、体积和压强，我们把这些物理量叫做气体的状态参量。
温度 温度是表示物体冷热程度的物理量．用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度，用t表示，单位是摄氏度，符号是℃．在国际单位制中，以热力学温标表示温度，叫做热力学温标（或绝对温标）．用热力学温标表示的温度，叫做热力学温度（或绝对温度）。热力学温度用T表示．热力学温度的单位是开尔文，简称为开，符号是K，它是国际单位制中七个基本单位之一。热力学温度的零度是－273.15℃，叫做绝对零度．就每一度的大小来说，热力学温度和摄氏温度是相同的，所以热力学温度跟摄氏温度间的关系为T=t+273.15K．为了简化，可以取-273℃为绝对零度，这样就有T=t+273K．
体积 由于气体分子之间的距离比较大，分子间的相互作用力十分微弱，所以气体很容易扩散．气体的体积就是指气体分子所能达到的空间，也就是气体所充满的容器的容积，一定质量的气体，体积越小．气体分子的密度就越大．气体的体积用V表示．在国际单位制中，体积的单位有m3、dm3、cm3等．在日常生活和生产中，也常用升（符号是L）作单位．1L=10-3m3=1dm3．
压强 压强用p来表示．在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡，简称帕，符号是Pa．1Pa=1N/m2．。气体的压强还常用标准大气压和毫米汞柱作单位。1标准大气压=760mmHg=1.013×105Pa，1mmHg=133.3Pa。
解答：一定质量的气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比，这就是玻意耳定律。
B
A
解答：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比，这就是查理定律。
名师讲析：使用查理定律要注意的两个条件，即质量一定、体积不变。用公式表示查理定律，有p∝T或=C（常数）。在使用的时候，尤其是要注意所说的温度是热力学温度，而不是摄氏温度。如果用图像描述，在p—T图像中，等容线是一条过原点的倾斜的直线，图线的斜率反映了气体的体积，斜率越大，体积越小。
解答：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比，这就是盖·吕萨克定律。
名师讲析：使用盖·吕萨克定律要注意的两个条件，即质量一定、压强不变。用公式表示盖·吕萨克定律，有V∝T或=C（常数）。在使用的时候，尤其是要注意所说的温度是热力学温度，而不是摄氏温度。如果用图像描述，在V—T图像中，等压线是一条过原点的倾斜的直线，图线的斜率反映了气体的压强，斜率越大，压强越小。
解答：一定质量气体，它的三个状态参量P、V和T之间满足的关系是。式中C是常数，与气体的种类和质量有关。四种图像都能描述气体的三个过程，即等温，等容，等压过程。
名师讲析：利用控制变量法，根据查理定律可知，一定质量的气体，在体积不变时，压强与热力学温度成正比，p∝T，根据盖·吕萨克定律可知，一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比，V∝T，综合以上两个结论，有pV∝T，即。
下面列出在三种图像中气体状态变化的不同过程。图像中从A→B是等温过程，从B→C是等容过程，从C→A是等压过程。
思维激活
新理念典题探究
题型一：气体状态参量的考查
例1（改编题）关于气体的状态参量，下列说法正确的是
A、气体的体积与气体的质量成正比
B、气体的体积与气体的密度成正比
C、气体的体积就是所有分子体积的总和
D、气体的体积与气体的质量、密度和分子体积无关，只决定于容器的容积
审题指导：该类型的题目审题应该注意题目中关于状态参量的描述，尤其是当描述到温度时，特别注意到是摄氏温度还是热力学温度。
解：D
引申拓展：压强是考查的一个重点，但考纲中降低了对这一部分的要求，甚至没有提到气体的状态参量，但考查气体实验定律，不可能不考虑气体的状态参量，这里要强调的是压强一般包括两种情况：玻璃管类和活塞类，这两类问题都是和力学知识联系在一起的。训练时要避开这一类题目。
变式备选1：下列有关热力学温度与摄氏温度的关系的说法中，正确的是
A．10℃用热力学温度表示是10K
B．10℃用热力学温度表示是283K
C．升高10℃用热力学温度表示是升高10K
D．升高10℃用热力学温度表示是升高283K
答案：BC
点拨：热力学温度与摄氏温度只是起点不同，它们的分度值还是相同的，即Δ1℃=Δ1K。
题型二：气体实验定律的应用
例2（课本变式）下列说法正确的是
A．一定质量的气体被压缩时，气体的压强不一定增大
B．一定质量的气体温度不变压强增大时，其体积也增大
C．一定质量的气体体积不变压强增大时，温度也增大
D．一定质量的气体体积不变压强增大时，温度却减小
审题指导：该类型的题目要注意气体实验定律的条件，即一定质量的气体和某一状态参量不变，变化的状态参量怎么变是审题的关键点和敏感点。
解：AC
方法点拨：写出气体实验定律的方程表达式，通过“↑”“↓”符号来表示气体状态参量的变化情况，而不是通过脑子想的方法，就能有效的避免出错。
变式备选2：一定质量的气体，被封闭在一个可以传热的容器中，在对容器加热时，下列物理量中变化情况正确的是
A．气体的压强升高
B．气体的压强减小
C．气体分子的密度增大
D．气体的温度升高
答：AD
点拨：被封闭在一个容器中，说明体积不变，可以传热，则对气体加热，就能使温度升高，而体积不变时，温度升高，压强升高。
题型三：理想气体状态方程的应用
例3（创新题）用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸内，当气体温度降低的同时减小它的体积，那么气缸内气体的压强将如何变化？
Ａ．增大 Ｂ．减小 Ｃ．不变 Ｄ．无法确定
审题指导：理想气体状态方程的应用时要注意一定质量是条件，三个状态参量中题目中描述了几个，这几个是如何变化的？
解：由理想气体状态方程可知，温度降低，体积减小，=C（常数），由此可以看出，p增大或减小都可以保证C这个常数保持不变，所以答案选D。
引申拓展：理想气体状态方程实际上和气体实验定律使用是一样的，从理想气体状态方程可以得到气体的三个实验定律。因此在使用时的方法是一样的，即写出气体的状态方程，然后用“↑”“↓”符号来表示状态参量的变化情况，看如何变化才能保证常数保持不变。
题型四：图像问题
例4（创新题）如图所示的四个图象中，有一个是表示一定质量的某种理想气体从状态a等压膨胀到状态b的过程.这个图象是
图
审题指导：该类题审题时要首先要读取坐标轴，掌握它是什么图像，只有先掌握各种不同图像中各种不同的变化是通过什么图像来表示的，其次注意图像上的箭头指向。
解：A中是体积不变，温度升高，压强增大；B中是压强不变，温度降低，体积减小；C中是等压变化，温度升高，体积增大；D中体积增大，压强增大，温度升高。故C正确。
误区警示：需要注意的是，在p—T图像和V—T图像中，图像的延长线必须是过原点的情况下，才能反映等容变化和等压变化。在图像中实线表示的气体状态变化的过程，虚线是辅助线，为表示它们的状态变化需要而引入的。这些图像中如果三个状态参量都发生变化的话，要注意坐标轴没有的另一个物理量是如何表示的。关于这一方面的知识已经在前面的难点疑点和方法栏目中进行了阐述。
A．ab过程中气体体积不断增大
B．bc过程中气体体积不断减小
C．cd过程中气体体积不断增大
D．da过程中气体体积不断减小
答：BC
点拨：p—T图中p和T都可以从坐标轴上直接看出来，另一个物理量要通过改点和坐标原点的连线的斜率来反映，如果该斜率增大，则体积减小，反之，体积增大。从图中可以看出，ab过程斜率不变，ab的延长线过原点，所以该过程是体积不变的过程；bc过程线上的点和原点的连线斜率逐渐增大，所以体积减小，B正确；cd过程线上的点和原点的连线斜率逐渐减小，所以体积增大，C正确；da过程线上的点和原点的连线斜率逐渐减小，所以体积增大，D错误。
思维创新
综合·探究·实践
探究课题：运用盖·吕萨克定律研究摄氏温标与绝对温标的关系
实验器材：试管，带阀门的管塞，保温瓶，温度计，量筒和水槽。
关闭阀门后，取出试管并用量筒测出进入试管中的水的体积V水。再测出整个试管的容积V1，则室温时气体的体积V2＝V1－V水，测出室温t2。
以后，改变保温瓶中热水的温度，重复上述实验步骤，再做两次实验，将实验数据填入下表中：
| 第一次 | 第二次 | 第三次 |
t1（℃） |
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V1（cm3） |
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