2011届高三物理一轮复习 3-3-1-2：气体、固体与液体课件

第2讲气体 一 理想气体把在任何温度 任何压强下都遵从的气体称为理想气体 在压强不太高 温度不太低时 实际气体可以看做理想气体 气体实验定律 二 气体的状态参量通常用压强 体积 温度描述一定质量的某种理想气体的状态 这三个物理量称为气体的状态参量 1 气体的压强 1 产生原因 由于气体分子无规则的热运动 大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力 作用在单位面积上的压力叫做气体的压强 2 决定压强大小的因素从宏观来看 一定质量的气体其压强与气体的和有关 从微观角度说 决定气体压强大小的因素是分子的密集程度及气体分子的 3 常用单位及换算关系国际单位 帕斯卡 符号 Pa 1Pa 1N m2常用单位 标准大气压 atm 厘米汞柱 cmHg 换算关系 1atm cmHg Pa 1 0 105Pa 10m水柱产生的压强 体积 温度 平均动能 76 1 01 105 2 气体的温度 1 物理意义 宏观上温度表示物体的冷热程度 微观上温度是分子平均动能的标志 2 国际单位 开尔文 简称开 符号 K 3 热力学温度与摄氏温度的关系 T t 273 15K 3 气体的体积气体体积为气体分子所能达到的空间的体积 即气体所充满容器的容积 国际单位 立方米 符号 m3常用单位 升 L 毫升 mL 换算关系 1m3 103L 1L 103mL 三 三个实验定律1 玻意耳定律 1 数学表达式 或p1V1 p2V2或pV C 常数 2 微观解释 一定质量的理想气体 分子的总数是一定的 在温度保持不变时 分子的平均动能保持不变 气体的体积减小到原来的几分之一 气体的密度就增大到原来的几倍 因此压强就增大到原来的几倍 反之亦然 所以气体的压强与体积成反比 2 查理定律 1 数学表达式 常数 2 微观解释 一定质量的理想气体 说明气体总分子数N不变 气体体积V不变 则单位体积内的分子数不变 当气体温度升高时 说明分子的平均动能增大 则单位时间内跟器壁单位面积上碰撞的分子数增多 且每次碰撞器壁产生的平均冲力增大 因此气体压强p将增大 3 盖一吕萨克定律 1 数学表达式 常数 2 微观解释一定质量的理想气体 当温度升高时 气体分子的平均动能增大 要保持压强不变 必须减小单位体积内的分子个数 即增大气体的体积 气体实验定律图象 1 2010 河北保定二模 如图1 2 1所示 该装置可以作为火灾报警器使用 U形试管竖直放置 左端封闭 右端开口 装入一小段水银柱封闭一定质量的气体 试管壁是导热的 外界大气压恒定 如果蜂鸣器发出响声 下列说法正确的是 A 封闭气体的温度升高 气体分子的热运动变得剧烈 撞击器壁时对器壁的作用力增大 从而气体的压强一定增大B 封闭气体的体积变大 单位体积的分子数减少 从而气体的压强一定减小C 封闭气体的密度变小 单位时间内打到器壁单位面积上的分子数减少 分子动能增加 气体的压强可能不变D 封闭气体的内能增加 气体对外界做功 气体向外界释放了热量 解析 气体压强p p0 gh不变 当蜂鸣器发出响声时 水银柱向上移动 接通电路 气体体积V增大 由恒量知 气体温度T增大 热运动加剧 但压强不变 C正确 由热力学第一定律 U W Q U 0 W0 气体吸热 D错 答案 C 2 1 气体膨胀对外做100J的功 同时从外界吸收120J的热量 则这个过程气体的内能 填 增加 或 减少 J 在任何自然过程中 一个孤立系统的熵是 填 增加 减小 或 不变 的 2 如图1 2 2所示 一定质量的理想气体 由状态A沿直线AB变化到状态B 在此过程中 气体分子平均速率的变化情况是 3 密闭容器内充满100 的水的饱和汽 此时容器内压强为1标准大气压 若保持温度不变 使其体积变为原来的一半 此时容器内水蒸气的压强等于 标准大气压 解析 2 根据p V图的性质判断 沿直线从A到B的过程中 会经过一系列等温线 这些等温线温度逐渐升高达最高后再逐渐降低最后回到原来的等温线上 3 不能用p1V1 p2V2解题 因为压强增大后 水蒸气会变成水 即气体的质量变小了 所以仍然保持原来的大气压 答案 1 增加20增加 2 先增大后减小 3 1 1 理想气体 1 宏观上讲 理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律的气体 实际气体在压强不太大 温度不太低的条件下 可视为理想气体 2 微观上讲 理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力 分子本身没有体积 即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间 例1 如图1 2 3所示 气缸放置在水平台上 活塞质量为5kg 面积为25cm2 厚度不计 气缸全长25cm 大气压强为1 105Pa 当温度为27 时 活塞封闭的气柱长10cm 若保持气体温度不变 将气缸缓慢竖起倒置 g取10m s2 图1 2 3 1 气缸倒置过程中 下列说法正确的是 A 单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数增多B 单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少C 吸收热量 对外做功D 外界气体对缸内气体做功 放出热量 2 求气缸倒置后气柱长度 解析 对活塞分析 开始状态 mg p0S p1S 倒置后 mg p2S p0S 所以p2 p1 由于气体温度不变 所以单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少 B正确 气体的体积增大 气体对外做功 而气体的温度不变 即内能不变 所以气体将从外界吸收热量 C正确 易错点 不能正确应用力学规律分析气体压强的变化 2 1 2状态等温变化 p1 p0 1 2 105Pap2 p0 0 8 105Pa p1L1 p2L2 L2 15cm 例2 已知某物质摩尔质量为M 密度为 阿伏加德罗常数为NA 则该物质的分子质量为 单位体积的分子数为 解析 1 本题考查阿伏加德罗常量 根据摩尔质量 分子质量 阿伏加德罗常量之间的关系可得 分子质量等于 单位体积为1m3 单位体积物质质量为 该物质的物质的量 所以该物质单位体积的分子数为 答案 1 2 1 1 蒸汽机 内燃机等热机以及电冰箱工作时都利用了气体状态变化来实现能量的转移和转化 我们把这些气体称为工质 某热机经过一个循环后 工质从高温热源吸热Q1 对外做功W 又对低温热源放热Q2 工质完全回复初始状态 内能没有变化 根据热力学第一定律 在工质的一个循环中 Q1 Q2 W三者之间满足的关系是 热机的效率 不可能达到100 从能量转换的角度 说明 能不能完全转化为 能 2 如图1 2 4表示一定质量的某气体在不同温度下的两条等温线 图中等温线 对应的温度比等温线 对应的温度要 填 高 或 低 在同一等温线下 如果该气体的压强变为原来的2倍 则气体的体积应变为原来的 图1 2 4 解析 1 由热力学第一定律 热量 做功 内能的符号规定得Q1 Q2 W 0 即Q1 Q2 W 再由热力学第二定律 内能不可能全部变成机械能而不产生其他影响 2 质量相同的气体 pV之积越大 则温度越高 取相同的体积V 观察对应的压强p 便可以比较出等温线 的温度高 再由玻意耳定律 p1V1 p2V2知 当p2 2p1时 得V2 V1 答案 1 Q1 Q2 W内机械 2 低 2 2如图1 2 5所示 导热的气缸固定在水平地面上 用活塞把一定质量的理想气体封闭在气缸内 气缸的内壁光滑 现用水平外力F作用于活塞杆 使活塞缓慢地向右移动 并由状态 变化到状态 在此过程中 1 如果环境保持恒温 下列说法中正确的是 选填序号 A 每个气体分子的速率都保持不变B 气体分子的平均动能不变C 水平外力F逐渐变大D 气体内能减小E 气体放热 图1 2 5 F 气体内能不变 却对外做功 此过程违反热力学第一定律 不可能实现G 气体从单一热源吸热 全部用来对外做功 此过程不违反热力学第二定律 2 如果环境保持恒温 分别用p V T表示该理想气体的压强 体积及温度 气体从状态 变化到状态 此过程可用下列哪些图象表示 3 如果在上述过程中 若环境发生变化 气体对外界做功8 104J 吸收热量1 2 105J 则气体内能的变化量为 J 解析 1 本题考查气体分子速率 分子动能 气体压强及热力学第一 第二定律 气缸导热 在使活塞缓慢向右移动的过程中 缸内气体与外界充分热交换 因此缸内温度始终与外界温度相同 保持恒定 气体分子平均动能是由温度决定的 因此气体的分子平均动能不变 气体分子在不停地相互碰撞 碰撞过程使速率大小在不断变化 缸内气体体