2、气体的状态参量、等温变化解析

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,气体的性质,一、气体的状态参量,1、温度,1物理意义,宏观：,温度表示物体的冷热程度。,微观：分子无规章运动的猛烈程度；分子平均动能的标志。,2摄氏摄耳修斯温标,规定：标准大气压下冰的熔点为0，水的沸点为100；并据此把玻璃管上0刻度与100刻度之间均匀分成100等份，每一份算做1.,符号：,t,；单位：,用摄氏温标表示的温度为摄氏温度！,3热力学温标开氏温标,规定：,把273.15规定为0K.,低温极限！热力学第三定律：热力学零度不行到达！,温度,用热力学温标表示的温度为热力学温度！,符号：T；单位：开尔文K，国际单位制中根本单位之一！,摄氏温度,t,热力学温度T,T=t+273.15Kt+273K,留意：温度值是相对量，温度变化为确定量！,T=t,2、体积,1定义：气体分子所能到达的空间。数值上等于容器的容积。,2符号：V,3单位：,国际单位：m,3,常用到位：升Ldm3；毫升mLcm3),换算关系：1m,3,=10,3,L=10,6,mL,3、压强,1产生：大量气体分子频繁撞击器壁，对器壁产生持续均匀的压力。,2定义：器壁单位面积受到的压力。,4单位：,国际单位：帕斯卡帕Pa1Pa=1N/m2,3符号：p,常用单位：大气压atm、cm高水银柱,换算关系：1atm=76cm高水银柱=1.01310,5,Pa,5气体压强的特点：气体向各个方向的压强均相等！,6影响气体压强的因素：,温度：分子无规章运动的猛烈程度。,密度：单位体积内的分子数。,7压强的计算：,固体压强的计算：,p,=F/S,；液体压强的计算：,p,=,gh,；,气体压强的计算：,、连通器原理：在连通器中，同种液体中间液体不连续的同一水平液面上的压强是相等的,、在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p=gh时，应特殊留意h是表示液面间竖直高度，不愿定是液柱长度,、求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面取液片列平衡方程,、求由固体封闭如汽缸、活塞气体的压强，应对此固体如活塞或汽缸进展受力分析，列力的平衡或牛顿其次定律方程,特殊提示：不能遗漏大气压！,【例1】如以下图，汽缸质量为m1，活塞质量为m2，不计缸内气体的质量及一切摩擦，当用一水平外力F拉活塞时，活塞和汽缸最终以共同的加速度运动求此时缸内气体的压强大气压为p0，活塞横截面积为S,P,0,s,ps,【例2】如以下图，在一端封闭的U形管内，三段水银柱将空气柱A、B、C封在管中，在竖直放置时，AB两气柱的下外表在同一水平面上，另两端的水银柱长度分别是h1和h2单位：cm，外界大气的压强为p0单位：cm高水银柱，则A、B、C三段气体的压强分别是多少？,p,A,=,p,B,=,p,0,+h,2,p,C,=,p,0,+h,2,-h,1,【练习1】三个长方体容器中被光滑的活塞封闭确定质量的气体。如以下图，M为重物质量，F是外力，p0为大气压，S为活塞面积，G为活塞重量，则压强各为：,p,0,P0+Mg+G/S,p0+F-G/S,p,3,p,3,【练习2】如以下图，活塞质量为m，缸套质量为M，通过弹簧吊在天花板上，气缸内封住了确定质量的空气，而活塞与缸套间无摩擦,活塞面积为S，则以下说法正确的选项是 p0为大气压强,A、内、外空气对缸套的总作用力方向向上，大小为Mg,B、内、外空气对缸套的总作用力方向向下，大小为mg,C、气缸内空气压强为p0-Mg/S,D、气缸内空气压强为p0+mg/S,AC,【练习3】计算图中各种状况下，被封闭气体的压强。标准大气压强p0=76cmHg，图中液体为水银,76cmHg,51cmHg,63.5cmHg,51cmHg,101cmHg,10cm,86cmHg,10cm,5cm,66cmHg61cmHg,【练习4】关于摄氏温度和热力学温度的换算中，以下错误的选项是 ,A10等于283K,B上升10就是上升283K,C-10等于263K,D降低到-10就是降低到263K,ACD,【练习5】关于密闭容器中气体的压强 ,A是由气体受到重力所产生的,B是由气体分子间的相互作用力吸引和排斥产生的,C是大量气体分子频繁地碰撞器壁所产生的,D当容器自由下落时将减小为零,C,【练习6】一瓶气体的瓶内压强是1Pa，那么 ,A每个分子产生的压强是1Pa,B每个分子平均产生的压强是1Pa,C瓶内任何地方的压强都是1Pa,D瓶的内外表1m2面积上气体产生的压力是1N,CD,【练习7】关于大气压强，以下推断正确的选项是 ,A是由地球对大气的吸引所产生的,B方向总是竖直向下的,C在确定高度内随海拔高度增加而有规律地减小,D完全是由大气的温度所准备,C,如何估算地球四周大气的质量？,【练习8】当大气压为76cmHg时，做托里拆利试验，托里拆利管内高出槽内水银面74cm，其缘由是 ,A托里拆利管的管径太大,B托里拆利管不是直立的,C托里拆利管上端有空气,D由于水银槽内的水银太少,C,几何性质：,V,热学性质：,T,力学性质：,P,5、气体的状态与状态的变化,1对于确定质量的气体，假设温度、体积和压强都不变，就说气体处于确定的状态中。,2假设三个量都变了，或其中两个量变了，就说气体的状态变了。,3三个量中只有一个量转变而其他两个量不转变的状况不会发生。,4、气体状态的描述,二、气体的试验定律,确定质量的气体，它的温度、体积和压强三个量之间变化是相互对应的。我们如何确定三个量之间的关系呢？,把握变量的方法,在物理学中，当需要争论三个物理量之间的关系时，往往承受“保持一个量不变，争论其它两个量之间的关系，然后综合起来得出所要争论的几个量之间的关系”的方法。,首先，我们来争论：当温度 T 保持不变时，体积 V 和压强 p 之间的关系。,一、气体的等温变化：,确定质量的气体在温度不变的状况下，发生的状态变化叫做等温变化。m确定，T确定,1试验争论,1、试验目的：在温度保持不变时，争论确定质量气体的压强和体积的关系。,2、试验装置1,橡皮帽,M,m,(M+m)g,Ps,P,0,s,注射器,1试验中的争论对象是什么？,2如何把握气体的质量m、温度T保持不变？,3如何转变压强P、体积V？,4如何测量压强P、体积V？,试验装置2,试验数据收集：,空气柱的压强p可以从压力表上读出，空气柱的长度L可以从注射器两侧的刻度上读出，则空气柱的体积为长度L与横截面积S的乘积，即VLS.,用手把柱塞向下压或向上拉，读出假设干组压强p与体积V的值,试验数据处理：,猜测：由试验观看及记录数据可知，空气柱的体积越小，其压强就越大，空气柱的压强与体积可能成反比,检验：以压强p为纵坐标，以体积的倒数1/V为横坐标，把数据在坐标系中描点，如以下图观看各点的位置关系，假设各点位于过原点的同始终线上，说明压强跟体积的倒数成正比，即p1/V，也就是说压强p与体积V成反比。,3、试验结论,确定质量的气体，在温度不变的状况下，压强p和体积V成反比。,玻意耳定律,玻意耳实验的示意图,玻意耳,试验装置3,p,/10,5,Pa,V,1,2,3,0,1,2,3,4,1/,V,1,2,3,0,0.2,0.4,0.6,0.8,p,/10,5,Pa,2玻意耳定律,1、内容：确定质量的气体，在温度保持不变的状况下，它的压强和体积成反比；或者说，压强和体积的乘积保持不变,2、数学表达式：pVC常量或p1V1p2V2.,3、适用,条件,：气体质量不变、温度不变；,适用,范围,：,气体温度不太低、压强不太大,4、图像,等温线,p,1/,V,0,V,p,0,A,A,双曲线一支,p,过原点倾斜的直线,【说明】,1、恒量的意义：p1V1p2V2恒量C，该恒量C与气体的种类、质量、温度有关克拉伯龙方程，对确定质量的气体温度越高，该恒量C越大,2、等温线的意义：确定质量的气体的等温线图反映了在等温状况下，气体的压强与体积成反比的规律双曲线；图象上的点，代表的是确定质量气体的一个状态；确定质量的气体在不同温度下的等温线是不同的。,t,2,t,1,t,2,t,1,3、,微观解释：,体积变化，密度变化,！体积缩小到原来的几分之一，压强增大到原来的几倍。体积增大到原来的几倍，它的压强就减小为原来的几分之一。,【思考】,等温线和横轴所围面积表示的物理意义。,【练】以以下图中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述确定质量的气体不是等温变化的是 ,D,【例题1】确定质量气体的体积是20L时，压强为1105Pa。当气体的体积减小到16L时，压强为多大？设气体的温度保持不变。,1.2510,5,Pa,【例题2】如图，粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端开口，管内有一段水银柱，右管内气体柱长为39cm，中管内水银面与管口A之间气体柱长为40cm。先将B端封闭，再将左管竖直插入水银槽中，设整个过程温度不变，稳定后右管内水银面比中管内水银面高2cm，求：,1稳定后右管内的气体压强p；,2左管气柱的长度l。(大气压强p076cmHg),178 cmHg238 cm,【例题3】某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20105Pa。假设温度保持不变，把容器的开关翻开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0105Pa。,剩下的气体为原来的5,【练习1】一端封闭的玻璃管开口向下插入水银槽内，如以下图，管内水银柱比槽内水银面高h5cm，空气柱长l45cm，要使管内、外水银面相平求：1应如何移动玻璃管？,2此刻管内空气柱长度为多少？(设此时大气压相当于75cmHg 产生的压强),1向下242 cm,【练习2】如以下图是某气体状态变化的p-V图象，则以下说法中正确的选项是 ,A气体做的是等温变化,B从A至B气体的压强始终减小,C从A至B气体的体积始终增大,D气体的三个状态参量始终都在变,BCD,【练习3】如以下图，DABC表示确定质量的某种气体状态变化的一个过程，则以下说法正确的选项是 ,ADA是一个等温过程,BAB是一个等温过程,CA与B的状态参量一样,DBC体积减小，压强减小，温度不变,A,【练习4】确定质量的气体，在等温变化过程中，以下物理量发生变化的是 ,A分子的平均速率B单位体积内的分子数,C气体的压强 D分子总数,BC,【练习5】如以下图，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭确定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而把握进水量设温度不变，洗衣缸内水位上升，则细管中被封闭的空气 ,A体积不变，压强变小 B体积变小，压强变大,C体积不变，压强变大 D体积变小，压强变小,B,【练习6】确定质量的抱负气体经受一等温膨胀过程，这一过程可以用pV图上的曲线来表示，如以下图由此可知，当气体的体积V15 L时，气体的压强p1_Pa；当气体的体积V210 L时，气体的压强p2_Pa；当气体的体积V315 L时，气体的压强p3_Pa.,110,5,1.510,5,310,5,【练习7】粗细均匀的玻璃棒，封闭一端长为12cm。一个人手持玻璃管开口向下潜入水中，当潜到水下某深度时看到水进入玻璃管口2cm，求人潜入水中的深度。取水面上大气压强为p01.0105 Pa，g10m/s2,2m,