2013-2014学年高二物理粤教版选修3-3同步课件：第2章 第6节 气体状态参量.ppt

第六节气体状态参量 固体 液体和气体 1 理解描述气体状态的三个状态参量 温度 体积 压强的物理意义 2 理解热力学温标和绝对零度的意义 掌握热力学温度与摄氏温度的换算关系 3 理解气体压强的微观解释及影响压强的因素 研究物理学问题 要用 些物理量来描述研究对象 问题不同 所用的物理量也不同 在力学中 用位移 速度等物理量描述物体的机械运动 研究气体的热学性质 要用什么物理量呢 例如 如何解释打足气的自行车胎在阳光曝晒下会爆胎 物理学中 要用体积 压强 温度等物理量来描述气体的状态 并把这几个物理量叫做气体的状态参量 1 当一定质量气体的 都确定时 我们就说这部分气体具有一定的状态 因此把 叫做一定质量气体的状态参量 2 气体的体积 V 气体的体积是指 也就是气体充满容器的容积 温度 体积 压强 体积 温度和压强 气体分子所能达到的空间 在标准状态下 1摩尔的任何气体所占的体积为 升 1升 L 1分米3 dm3 1毫升 mL 1厘米3 cm3 1L m3 cm33 气体的温度 t T 温度用来表示物体的 是物体内部 的标志 22 4 10 3103 冷热程度热运动平均动能 温标 摄氏温标 t 的单位是摄氏度 符号 在国际单位制中 以 表示温度 单位是 符号 热力学温标 T 又称绝对温标 现在国际上公认的热力学温度的零度是 273 15 叫做绝对零度 绝对零度是低温的极限 只能无限接近 但不可能达到 就每一度的大小来说热力学温度和摄氏温度是相同的 即 热力学温标 开尔文 K T t 273 15K 4 气体的压强 1 气体的压强 气体作用在器壁 叫做气体的压强 2 压强的单位 在国际单位制中 压强的单位是 简称 符号 1帕斯卡 Pa 1牛 米2 N m2 1标准大气压 atm 厘米汞柱 cmHg 毫米汞柱 mmHg 1 013 105Pa 1 105Pa 单位面积上的压力 帕斯卡帕Pa 76760 5 从气体分子运动论的观点看来 气体压强是 而产生的 气体压强跟 和 有关 大量的气体分子频繁地碰撞器壁 气体分子的平均动能分子的密集程度 描述气体状态的量 在研究气体的性质时 可以用气体的体积 温度 压强来描述气体的状态 描述气体状态的物理量称为气体的状态参量 1 体积 V 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 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 一定质量的气体 体积越小 气体分子的密度就越大 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 毫升 符号是mL 作单位 1L 1dm3 10 3m3 1毫升 mL 1厘米3 cm3 关于气体的体积 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 解析 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 给它多大空间 就能达到多大空间 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 答案 D 课堂训练 1 双选 如图所示 A B两瓶子相对接 中间有阀门隔离 A瓶充满气体 B瓶真空 打开阀门后 下列说法正确的是 A 气体的质量变大B 气体的体积变大C 气体的分子数变大D 气体的密度变小 解析 气体分子间的相互作用力十分微弱 很容易扩散 给它多大空间 就能达到多大空间 阀门打开后 气体分子将充满AB整个空间 体积变大 气体的分子数还是原来那么多 质量也不变 根据 密度变小 答案 BD 2 温度 t T 温度是表示物体冷热程度的物理量 是物体内部热运动平均动能的标志 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 绝对零度 理论上所能达到的最低温度 在此温度下物体没有内能 把 273 15 定作热力学温标 绝对温标 的零度 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 双选 关于热力学温度 下列说法正确的是 A 23 250KB 温度升高1 也就是温度升高1KC 温度由t 升高到2t 对应的热力学温度升高了 273 t KD 热力学温度和摄氏温度都可能取负值 解析 由摄氏温度和热力学温度的关系 T t 273K可知 23 250K A B正确 D中初态热力学温度为t 273K 末态为2t 273K 温度变化为tK 故D错误 对于摄氏温度可取负值的范围为0 273 因绝对零度达不到 故热力学温度不可能取负值 C错误 答案 AB 课堂训练 2 双选 关于热力学温标和摄氏温标 正确的说法是 A 热力学温标中的每1K与摄氏温标中每1 大小相等B 热力学温度升高1K大于摄氏温度升高1 C 热力学温度升高1K等于摄氏温度升高1 D 测得今天气温为摄氏温度20 即热力学温度20K 解析 热力学温标和摄氏温标的计算方式中 仅是起点不同 热力学温标中变化1K与摄氏温标中变1 是相同的 故A C正确 B错误 根据T t 273K可知摄氏温度20 的物体热力学温度为293K D错误 答案 AC 3 压强 P 气体作用在器壁单位面积上压力叫做气体的压强 从气体分子运动论的观点看来 气体压强是大量的气体分子频繁地碰撞器壁而产生的 单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的 但大量分子频繁地碰撞器壁 就对器壁产生持续的均匀的压力 垂直作用在器壁单位面积上的平均冲击力 就是气体的压强 气体压强跟气体分子的平均动能和分子的密集程度有关 气体分子平均动能越大 分子碰撞器壁时对器壁产生的 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 atm 和毫米汞柱 mmHg 作单位 1标准大气压 760mmHg 1 013 105Pa 1mmHg 133 3Pa 冲击力越大 气体的压强就越大 在分子的平均动能一定时 气体分子越密集 每秒钟撞击器壁单位面积的分子就越多 气体压强也就越大 对于一定量的气体 下列论述中正确的是 A 当分子热运动剧烈时 压强必变大B 当分子热运动剧烈时 压强可能不变C 当分子间的平均距离变大时 压强必变小D 当分子间的平均距离变大时 压强必变大 解析 从微观来说 气体压强是垂直作用在器壁单位面积上的平均冲击力 压强微观上由分子平均动能和分子数密度决定 故B正确 A C D错误 答案 B 课堂训练 3 对于一定质量的气体 若用N表示单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子个数 则 A 当体积减小时 N必定增加B 当体温度升高时 N必定增加C 当压强不变而体积和温度变化时 N必定变化D 当压强不变而体积和温度变化时 N可能不变 解析 对一定质量的气体 单位时间内与容器壁单位面积碰撞的分子数既与体积和分子的平均速率 或温度 有关 A B错误 当压强不变时 气体在器壁单位面积上的平均冲击力不变 温度变化 分子的体积也一定变化 分子的平均速率变化 则N必定变化 C正确 D错误 答案 C 如何计算气体的压强 平衡法 选取与气体接触的液柱 活塞 为研究对象 进行受力分析 利用平衡条件求解 等压面法 根据同种液体的同一液面处压强相等 在容器内灵活选取液面 由两侧产生的压强相等列方程求解 如图所示 在竖直放置的U型管内由密度为 的两段空气柱A B 大气压为p0 求A B气体的压强pA pB 解析 用平衡法求pA 取液柱h1为研究对象 设管横截面积为S 大气压力和液柱重力方向向下 A气体压力方向向上 液柱h1静止受力平衡 则p0S gh1S pAS得pA p0 gh1 用等压面法求pB 从A气体下端选取等压面 则有pB gh2 pA p0 gh1得pB p0 g h1 h2 答案 p0 gh1 p0 g h1 h2 1 双选 关于气体体积的说法 正确的是 A 所有气体分子的活动空间B 每个分子活动空间的总和C 盛装气体的容器的容积D 所有气体分子体积大小的总和 解析 根据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 A C正确 B错误 气体分子间还有间隔 也是气体体积的范围内 所有气体分子体积大小的总和小于气体体积 D错误 答案 AC 2 双选 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10KB 10 用热力学温度表示是283KC 升高10 用热力学温度表示是升高10KD 升高10 用热力学温度表示是升高283K 解析 由摄氏温度和热力学温度的关系 T t 273K可知10 283K A错误B正确 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 1 1K 升高10 热力学温度表示也是升高10K C正确 D错误 答案 BC 3 双选 下面的表格是某地区1 6月份气温与气压的对照表 6月份与1月份相比较 A 空气分子无规则热运动的情况几乎不变B 空气分子无规则热运动增强了C 单位时间内对地面的撞击次数增多了D 单位时间内对地面的撞击次数减少了 解析 温度较高时分子无规则热运动较激烈 A错误 B正确 气体分子越密集 每秒钟撞击器壁单位面积的分子就越多 气体压强也就越大 气压降低表示单位时间内对地面的撞击次数减少了 C错误 D正确 答案 BD 4 关于密闭容器中气体的压强 下列说法正确的是 A 是由于气体分子相互作用产生的B 是由于气体分子碰撞容器壁产生的C 是由于气体的重力产生的D 气体温度越高 压强就一定越大 解析 从气体分子运动论的观点来看 气体压强是大量的气体分子频繁地碰撞器壁而产生的 B正确 A C错误 气体压强跟气体分子的平均动能 温度 和分子的密集程度有关 若体积不变 即分子的密集程度不变 温度越高 分子的平均动能越大 压强才越大 D错误 答案 B 5 如图所示一定质量的气体 被一段水银柱封闭在粗细均匀的一端开口一端封闭的细长玻璃管中 当玻璃管作下述运动时 气体压强不等于大气压强的是 A 玻璃管开口向上保持竖直状态被竖直向上抛出后 当玻璃管向上运动时B 玻璃管开口向上保持竖直状态被水平抛出后 当玻璃管下落时 C 玻璃管开口向下保持竖直状态做自由落体运动时D 玻璃管开口向上保持竖直状态在水平方向上做匀速直线运动 解析 A B C选项中玻璃管和水银柱组成的系统都处于完全失重中 水银柱产生压强为0 气体压强刚好等于大气压强 A B C正确 D选项中p0S mg pS p gL p0 气体压强等于大气压强与水银柱压强之和 答案 D 6 双选 如图所示 一玻璃管放在光滑的斜面上 管内气体被液柱封闭 则以下说法正确的是 A 当管自由下滑时 管内气体的压强等于大气压强B 当管以一定的初速度上滑时 管内气体压强大于大气压强C 当管以一定的初速度上滑时 管内气体压强小于小气压强D 给管施加外力 使其匀速滑动 管内气体压强大于大气压强 解析 A B C选项中玻璃管和水银柱组成的系统加速度均为a gsin 方向沿斜面向下 由牛顿第二定律得p0S mgsin pS ma 得p p0 即管内气体的压强等于大气压强A正确 B C错误 使其匀速运动时有p0S mgsin pS 得p p0 管内气体压强大于大气压强 D正确 答案 AD 7 如图所示 U型管的A端封有气体 B管也有一小段气体 现用一条小铁丝插入B气体 轻轻抽动 使B气体上下两段水银柱相连 设外界气温不变 则A端气体 A 压强增大B 压强减小C 体积增大D 体积不变 解析 B端部分上下两段水银柱相连不相连 都有pA ghB p0 即A的压强不变 A B错误 温度不变 故A端气体的体积不变 C错误 D正确 答案 D 8 如图所示 两端开口的U玻璃管中 右侧直管内有一部分空气被一段水银柱H与外界隔开 若再向左边的玻璃管中注入一些水银 平衡后 则 A U玻璃管下部两边水银面的高度差减小B U玻璃管下部两边水银面高度差增大C U玻璃管下部两边水银面高度差不变D U玻璃管右边玻璃管内的气体体积减小 解析 由右管内封闭气体的压强平衡条件知 其压强等于外界大气压p0与高H的水银柱产生的压强之和 即p p0 pH 根据连通器原理 左管内水银面与右管密闭气体下方水银面高度差应为H 当左管内再注入一些水银后