高中物理 2.6 气体状态参量 粤教版选修3-3

目标导航预习导引目标导航预习导引一二三一、气体的体积1.定义: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.2.单位:1m3=103L=106mL.目标导航预习导引一二三二、气体的温度1.意义:温度宏观上表示物体的冷热程度,在微观上表示分子热运动的激烈程度,是分子平均动能的标志.温度高的物体,分子的平均动能大,但平均速率不一定大.2.两种温标(1)摄氏温标:规定1标准大气压下冰水共存的温度为0℃、水的沸点为100℃,在0℃和100℃之间分成100等份,每一等份就是1℃,这种表示温度的方法就是摄氏温标.摄氏温度用t表示.(2)热力学温标:热力学温标是开尔文创立的,把-273.15℃作为热力学温标的零点(叫绝对零度),热力学温度用T表示.热力学温度与摄氏温度的关系是T=t+273.15K,可近似表示为T=t+273K. 目标导航预习导引一二三三、气体的压强1.意义:大量气体分子频繁地碰撞器壁,作用在器壁单位面积上的平均作用力就是气体的压强2.单位:国际单位制中的单位是“帕斯卡”,1Pa=1N/m2,常用的单位还有标准大气压(atm)和毫米汞柱(mmHg),1atm=1.013×105Pa=760mmHg,1atm相当于10m高水柱产生的压强. 3.决定因素:气体的压强与气体分子的平均动能和分子的密集程度有关.一二三知识精要典题例解迁移应用一、两种温标的比较一二三知识精要典题例解迁移应用【例1】关于热力学温度和摄氏温度,下列说法中正确的是(　　)A.某物体摄氏温度为10℃,即热力学温度为10KB.热力学温度升高1K等于摄氏温度升高1℃C.摄氏温度升高10℃,对应热力学温度升高283.15KD.热力学温度和摄氏温度的温标不同,两者表示的温度无法比较点拨热力学温度与摄氏温度在表示温差时,1K=1℃,而在表示温度时却不相等,即ΔT=Δt,但T≠t.一二三知识精要典题例解迁移应用解析:热力学温度与摄氏温度的关系为T=t+273.15K,所以选项A错误;对于T=t+273.15K,有许多同学错误地认为可变形为ΔT=Δt+273.15K,而选择选项C,实际上ΔT=T2-T1=t2-t1=Δt,即用摄氏温度表示的温差等于用热力学温度表示的温差,所以选项B正确,C、D错误.答案:B一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用(多选)关于热力学温标的正确说法有(　　)A.摄氏温标比热力学温标更为科学B.热力学温标的零度为-273.15℃,叫绝对零度(0K)C.气体温度趋近于绝对零度时,其体积为零D.在绝对零度附近气体已液化,所以它的压强不会为零答案:BD解析:本题考查热力学温标的性质.热力学温标在科学计算中特别体现在热力学方程中,使方程更简单、更科学,A项错误;B是热力学温标的常识,B项正确;气体趋近于绝对零度时早已液化,但有体积,故其压强不为零,C项错误,D项正确.另外,热力学温标中的绝对零度是低温极限,在接近0K时,所有气体都液化或凝固.一二三知识精要典题例解迁移应用二、气体压强的计算1.静止或匀速运动系统中压强的计算方法(1)参考液片法:选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象,分析液片两侧受力情况,建立受力平衡方程消去面积,得到液片两侧压强相等,进而求得气体压强.甲如图甲所示,粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A,在其最低处取一液片B,由其两侧受力平衡可知(pA+ph0)S=(p0+ph+ph0)S,即pA=p0+ph.一二三知识精要典题例解迁移应用(2)力平衡法:选与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析,由F合=0列式求气体压强.(3)连通器原理:在连通器中,同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等,如甲图中同一液面C、D处压强相等,pA=p0+ph.一二三知识精要典题例解迁移应用2.容器加速运动时封闭气体压强的计算当容器加速运动时,通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象进行受力分析,然后由牛顿第二定律列方程,求出封闭气体的压强.乙如图乙所示,当竖直放置的上方开口玻璃管向上加速时,对液柱受力分析有pS-p0S-mg=ma.由以上分析可求出封闭气体压强.一二三知识精要典题例解迁移应用【例2】如图所示,一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置,金属圆板的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆板的质量为M,不计圆板与容器内壁的摩擦.若大气压强为p0,则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于(　　)(导学号51140018)一二三知识精要典题例解迁移应用解析:以封闭气体的圆板为研究对象,其受力情况如图所示.由平衡条件,得答案:D一二三知识精要典题例解迁移应用如图所示,粗细均匀的U形管的A端是封闭的,B端开口向上,两管中水银面的高度差h=20cm,外界大气压强为76cmHg.求A管中封闭气体的压强.答案:56cmHg解析:由于液体的高度差引起两部分气体压强不等,而液体处于平衡状态的情况下,应选一个无限薄的液片为研究对象,为研究方便,该液片最好选在最低的液面处,本题也可在B管的水银面处选取,对于该液片,由平衡条件,有p0S=pAS+phS.式中p0、pA、ph分别代表大气压强、A端气体压强和h高水银柱产生的压强.由上式可得p0=pA+ph,pA=p0-ph=56cmHg.一二三知识精要典题例解迁移应用三、气体压强的产生原因1.产生原因大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生气体压强.单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的,但是大量分子频繁地碰撞器壁,就对器壁产生持续、均匀的压力.所以从分子动理论的观点看来,气体压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力.一二三知识精要典题例解迁移应用2.决定气体压强大小的因素(1)微观因素①气体分子的密度:气体分子密度(即单位体积内气体分子的数目)大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就多.②气体分子的平均动能:气体的温度高,气体分子的平均动能就大,每个气体分子与器壁的碰撞(可视作弹性碰撞)给器壁的冲力就大;从另一方面讲,分子的平均速率大,在单位时间里器壁受气体分子撞击的次数就多,累计冲力就大.(2)宏观因素①与温度有关:在体积不变的情况下,温度越高,气体的平均动能越大,气体的压强越大.②与体积有关:在温度不变的情况下,体积越小,气体分子的密度越大,气体的压强越大.一二三知识精要典题例解迁移应用【例3】对于一定质量的气体,下列四个论述中正确的是(　　)A.当分子热运动变剧烈时,压强必增大B.当分子热运动变剧烈时,压强可以不变C.当分子间平均距离变大时,压强必变大D.当分子间平均距离变大时,压强必变小解析:分子热运动变剧烈,表明气体温度升高,分子平均动能增大,但不知气体的分子密度怎么变化,故压强的变化趋势不明确,选项A错误,B正确.分子的平均距离变大,表明气体的分子密度变小,但因不知此时分子的平均动能怎么变,故气体的压强不知怎么变化,C、D项错误.答案:B一二三知识精要典题例解迁移应用一二三知识精要典题例解迁移应用(2015江苏单科)在装有食品的包装袋中充入氮气,可以起到保质作用.某厂家为检测包装袋的密封性,在包装袋中充满一定量的氮气,然后密封进行加压测试.测试时,对包装袋缓慢地施加压力.将袋内的氮气视为理想气体,则加压测试过程中,包装袋内壁单位面积上所受气体分子撞击的作用力　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”),包装袋内氮气的内能　　　　(选填“增大”“减小”或“不变”). 答案:增大　不变解析:理想气体的压强等于单位面积的内壁上所受气体分子撞击的作用力,气体压强增大,则分子撞击的作用力增大;在缓慢施压的过程中气体的温度不变,则理想气体的内能不变.案例探究方法规律加速状态时气体压强的计算把一端封闭的粗细均匀的玻璃管放在倾角为30°的斜面上,开始时让玻璃管不动,管中有一段16cm长的水银柱将长为20cm的空气封入管内,如果让玻璃管在斜面上加速下滑,如图所示.已知玻璃管与斜面间的动摩擦因数μ=36,外界大气压强为p0(p0大小等同于76cm高水银柱产生的压强),求玻璃管沿斜面匀加速下滑时,封闭的压强多少?设斜面足够长,能保证玻璃管稳定匀加速下滑.(导学号51140019)案例探究方法规律解析:设水银柱和玻璃管的质量分别为m和M,以水银柱和玻璃管为研究对象,根据牛顿第二定律,得(m+M)gsin30°-μ(m+M)gcos30°=(m+M)a,以水银柱为研究对象,设管的横截面积为S,根据牛顿第二定律,得p0S+mgsin30°-pS=ma.因为m=ρlS,l=16cm,所以管内气体压强为案例探究方法规律气体压强的计算大多与力学知识相结合,求解时要以力学问题为主,利用力的平衡方程或牛顿第二定律求出压强.加速情况下,通常选与气体有联系的液柱或活塞为研究对象,对研究对象进行受力分析,然后根据牛顿第二定律列方程就可解决问题.