普通高中物理选择性必修三 第二章第3节 气体的等压变化和等容变化
内容来源|普通高中教科书 物理 选择性必修第三册 人民教育出版社 软件|亿图脑图MindMaster
烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么？
一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程叫作气体的等压变化。
实验观察
在保持气体的压强不变的情况下，一定质量气体的体积随温度的升高而增大。
一定质量的某种气体，其体积与热力学温度的关系，在V-T图像中，等压线是一条过原点的直线。
法国科学家盖-吕萨克首先通过实验发现了这一线性关系。
盖-吕萨克定律
一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V与热力学温度T成正比。
V1、T1和V2、T2分别表示气体在不同状态下的体积和热力学温度。
一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度变化的过程叫作气体的等容变化。
气体等容变化时 压强与温度的关系图像
在等容变化过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系。
如果直线延长至与横轴相交，把交点作为坐标原点，建立新的坐标系，那么，这时的压强与温度的关系就是正比例关系了。
气体的压强不太大、温度不太低时，坐标原点代表的温度就是热力学温度的0K，也称绝对零度。
相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
在p-T图像中，一定质量的某种气体的等容线是一条通过坐标原点的直线。
查理定律
法国科学家查理在分析了实验事实后发现，当一定质量的气体体积一定时，各种气体的压强与温度之间都有线性关系。
内容
一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比。
p1、T1和p2、T2分别表示气体在不同状态下的压强和热力学温度。
例题 某种气体的压强为2´10Ù5Pa，体积为1mÙ3，温度为200K。它经过等温过程后体积变为2mÙ3。随后，又经过等容过程，温度变为300K，求此时气体的压强。
实验定律
等温、等压和等容三个气体实验定律都是在压强不太大（相对大气压）、温度不太低（相对室温）的条件下总结出来的。
在通常的温度和压强下，很多实际气体，特别是那些不容易液化的气体，如氢气、氧气、氮气、氦气等，其性质与实验定律的结论符合得很好。
当压强很大、温度很低时，由实验定律计算的结果与实际测量结果有很大的差别。
例如：有一定质量的氦气，压强与大气压相等，体积为1mÙ3，温度为0°C。在温度不变的条件下，如果压强增大到大气压的500倍
实际气体理想气体
实际气体
分子有大小，但气体分子之间的间距比分子直径大得多；
气体分子与器壁碰撞几乎是完全弹性的，动能损失也很小。
理想气体 是一种设想的气体
这种气体分子大小和相互作用力可以忽略不计，也可以不计气体分子与器壁碰撞的动能损失。
这种气体在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律。
在温度不低于零下几十摄氏度、压强不超过大气压的几倍时，把实际气体当成理想气体来处理，误差很小。
按照理想情况下得出的物理规律能很好地解释实际气体的热学性质。
拓展学习 理想气体的状态方程
理想气体状态方程：一定质量的某种理想气体，在从某一状态变化到另一状态时，其压强p、体积V和温度T都可能改变，但是压强p跟体积V的乘积与热力学温度T的比值却保持不变。
式中C是与压强p、体积V和温度T都无关的常量，它与气体的质量、种类有关。
用分子动理论可以定性解释气体的实验定律
玻意耳定律微观解释
一定质量的某种理想气体，温度保持不变时，分子的平均动能是一定的。在这种情况下，体积减小时，分子的数密度增大 ，单位时间内、单位面积上碰撞器壁的分子数就多，气体的压强就增大。
盖-吕萨克定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，温度升高时，分子的平均动能增大；只有气体的体积同时增大，使分子的数密度减小，才能保持压强不变。
查理定律的微观解释
一定质量的某种理想气体，体积保持不变时，分子的数密度保持不变。在这种情况下，温度升高时，分子的平均动能增大，气体的压强就增大。
科学方法 理想模型
在科学研究中，理想模型是为了便于研究问题而对研究对象进行理想化抽象的过程。
运用这种方法，人们可以用模型来表示研究对旬，使得研究变得简单、有效。从而便于人们去认识和把握问题的本质。
理想模型在现实中并不存在，但通过它可以对实际问题进行本质探讨，并得到有价值的结论。
物理学中理想化模型有很多，例如：质点、点电荷、单摆、弹簧振子、理想变压器、理想气体等。
科学研究中，总是抓住研究对象的主要特征是，忽略次要因素，对研究对象进行理想化抽象。
