問題1：如何利用實驗探究氣體的等容變化規(guī)律？答：如圖所示，在探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗裝置中添加玻璃杯、酒精燈、溫度計等實驗器材即可探究氣體的等容變化規(guī)律。

實驗時，固定玻璃管中活塞的位置不動可以保持氣體的體積不變。將玻璃管浸入裝水的玻璃杯中，利用酒精燈加熱玻璃杯中的水，當(dāng)玻璃管中的氣體與水達(dá)到熱平衡狀態(tài)時，可以利用溫度計測量并記錄氣體的溫度，利用壓強計測量并記錄玻璃管中氣體的壓強。利用多次測量后的數(shù)據(jù)即可探究氣體的等容變化規(guī)律。實驗數(shù)據(jù)記錄表格如圖所示。類比探究氣體等溫變化規(guī)律的方法，我們依然采用圖像法處理實驗數(shù)據(jù)。以攝氏溫度t（℃）為橫軸、壓強p（atm）為縱軸建立坐標(biāo)系作圖發(fā)現(xiàn)，一定質(zhì)量的氣體在等容條件下壓強隨攝氏溫度的變化圖線（p-t圖像）是一條不過原點的直線，如圖所示。問題2：如何描述氣體的等容變化規(guī)律？

答：問題1中實驗得到的圖像表明，當(dāng)溫度趨于某一極限值時，氣體的壓強趨于0。大量實驗表明，這個極限值對所有氣體都相同，這一值為273.15℃，即熱力學(xué)溫度的零點0K。

利用實驗數(shù)據(jù)在熱力學(xué)溫度T（K）為橫軸、壓強p（atm）為縱軸的坐標(biāo)系中作圖可以發(fā)現(xiàn)，一定質(zhì)量的氣體在等容條件下壓強隨熱力學(xué)溫度的變化圖線（p-T圖像）是一條過原點的直線，如圖所示。如果用如圖所示的傳感器裝置進(jìn)行實驗，可以直接得到類似的圖像。

因此氣體的等容變化規(guī)律可以表述為：一定質(zhì)量的某種氣體，在體積不變的條件下，壓強與熱力學(xué)溫度成正比，即這一規(guī)律最早是由法國物理學(xué)家查理于1787年通過實驗發(fā)現(xiàn)，因此又被稱作查理定律。問題3：如何利用實驗探究氣體的等壓變化規(guī)律？答：利用如圖所示的裝置即可探究氣體的等壓變化規(guī)律。實驗中，利用溫度計測量并記錄細(xì)玻璃管中被水銀柱封住的氣體的溫度，通過玻璃管上的刻度可以讀出氣體的長度。（類比探究氣體等溫變化規(guī)律的實驗可知無需測量玻璃管的橫截面積）。子問題1：實驗中如何保持氣體的壓強不變？答：如圖所示，以玻璃管中的水銀柱為研究對象進(jìn)行受力分析可知，當(dāng)玻璃管中的氣體與水達(dá)到熱平衡狀態(tài)時，玻璃管中的水銀柱處于靜止?fàn)顟B(tài)，若氣體的壓強為p、大氣壓強為p0，水銀柱的重力為G，則三者之間滿足關(guān)系：p0S

+

G

=

pS任意溫度下，玻璃管中氣體的壓強均滿足上述關(guān)系。玻璃管上端開口，實驗過程中大氣壓強基本保持不變，因此被水銀柱封住的氣體的壓強保持不變。子問題2：如何利用實驗數(shù)據(jù)得出氣體的等壓變化規(guī)律？答：實驗的數(shù)據(jù)記錄表格如圖所示，我們依然通過圖像研究氣體的等壓變化規(guī)律。以攝氏溫度t（℃）為橫軸、體積V為縱軸建立坐標(biāo)系作圖發(fā)現(xiàn)，一定質(zhì)量的氣體在等壓條件下體積隨攝氏溫度的變化圖線（p-t圖像）也是一條不過原點的直線，如圖所示。同樣經(jīng)過大量實驗表明，當(dāng)溫度趨向于-273.15℃時，氣體的體積趨向于0。類比可知，一定質(zhì)量的氣體在等壓條件下體積隨熱力學(xué)溫度的變化圖線（V-T圖像）也是一條過原點的直線。問題4：如何描述氣體的等壓變化規(guī)律？答：大量的實驗結(jié)果表明，一定質(zhì)量的某種氣體，在壓強不變的條件下，體積與熱力學(xué)溫度成正比，即這一規(guī)律最早是由法國化學(xué)家蓋·呂薩克于1802年通過實驗發(fā)現(xiàn)，因此又被稱作蓋·呂薩克定律。問題5：如何從微觀角度定性解釋氣體的等壓或者等容變化規(guī)律？答：根據(jù)氣體壓強的微觀表達(dá)式可知：①一定質(zhì)量的氣體體積不變時，單位體積內(nèi)的分子數(shù)n不變。氣體的溫度升高，分子的平均動能保持增大，即氣體壓強微觀表達(dá)式中v2的平均值增大，因此氣體的壓強就會增大。②一定質(zhì)量氣體的等壓變化過程中，若氣體體積增大，單位體積內(nèi)的分子數(shù)n減小；若要保持氣體的壓強不變，則氣體壓強微觀表達(dá)式中v2的平均值應(yīng)當(dāng)增大，即氣體分子的平均動能增大，氣體的溫度就會升高。問題6：如何利用氣體的等壓或者等容變化規(guī)律，解釋一些生活中的現(xiàn)象或者事實？答：如圖所示，夏季給輪胎充氣時，一般都不能充得太足。這是因為如果輪胎充氣過足，溫度升高時輪胎內(nèi)氣體發(fā)生等容變化，壓強會增大，很容易引起“爆胎”。如圖所示，剩有半瓶熱水的保溫瓶經(jīng)過一個夜晚，第二天拔瓶口的軟木塞時會覺得很緊，不易拔出來，這一現(xiàn)象同樣可以氣體的等容變化規(guī)律進(jìn)行解釋：在體積不變的條件下，瓶內(nèi)的氣體溫度降低、壓強減小，因此拔出時需要用更大的力。用少量熱水涮如圖所示的杯子時，晃動杯子時水會迅速從吸管中噴出，也可以用氣體的等容變化規(guī)律進(jìn)行解釋：晃動杯子的過程中，杯中氣體的體積基本保持不變，溫度迅速升高，氣體的壓強增大，于是水在內(nèi)外壓力差的作用下從吸管噴出。問題7：如何推理得出氣體任意變化過程的規(guī)律？答：氣體的三個實驗定律是在保持氣體的三個狀態(tài)參量壓強、體積和溫度其中一個不變的條件下通過實驗探究得出的。氣體的三個狀態(tài)參量都會發(fā)生變化的情況在實際中更為普遍，因此探究氣體任意變化過程遵循的規(guī)律更有意義。

利用已經(jīng)得到的實驗定律可以從理論角度推導(dǎo)氣體任意變化過程遵循的規(guī)律，過程如下。如圖所示，在P-T圖像中找到氣體三個狀態(tài)參量都不同的兩個狀態(tài)1和2，狀態(tài)1的參量為p1、T1、V1，狀態(tài)2的參量為p2、T2、V2。探究氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2的規(guī)律可以引入第3個狀態(tài)（p3、T3、V3），從狀態(tài)1到3氣體的體積保持不變（V1=V3），從狀態(tài)3到2氣體的溫度保持不變（T3=T2），根據(jù)查理定律和波意耳定律有因此氣體在任意兩個狀態(tài)之間發(fā)生變化的規(guī)律為：其中C是一個與氣體質(zhì)量和種類有關(guān)的常量。由于氣體的三個實驗定律只有在壓強不太大、溫度不太低的實驗條件下才能成立。因此基于三個實驗定律推理得出的狀態(tài)方程也必須滿足上述條件才能成立。物理學(xué)中把嚴(yán)格遵從氣體實驗定律的氣體稱為“理想氣體”，理想氣體三個狀態(tài)參量滿足的關(guān)系被稱為理想氣體狀態(tài)方程。問題8：如何理解“理想氣體”這一物理模型？答：物理學(xué)在認(rèn)識和描述客觀世界時，會從微觀角度解釋宏觀現(xiàn)象?！袄硐霘怏w”是物理學(xué)在研究氣體的性質(zhì)時構(gòu)建的物理模型之一，因此理解“理想氣體”這一模型可以從“宏觀”和“微觀”兩個角度。①從宏觀角度來看，“理想氣體”在任何情況下的狀態(tài)變化都必須滿足氣體實驗定律。②從微觀角度來看，理想氣體的分子可以看作彈性小球；分子的大小與分子間的距離相比可忽略不計；由于分子間距離較大，分子間相互作用力可忽略不計。在《1.3

分子運動速率分