课件26张PPT。第八章 气体1 气体的等温变化1.知道描述气体热学性质的状态参量及其物理意义,知道什么是等温变化,会用等温变化的规律解释有关的物理现象。
2.掌握玻意耳定律的适用条件、内容、表达式,会用玻意耳定律分析、计算有关问题;理解气体等温变化的p-V图象。一二三一、等温变化
1.状态参量:研究气体的性质时,用压强、体积、温度这三个物理量来描述气体的状态,这三个物理量被称为气体的状态参量。
2.概念:一定质量的气体,在温度不变的条件下其压强与体积间发生的变化,叫作等温变化。一二三3.实验探究: 一二三若实验数据呈现气体体积减小、压强增大的特点,能否断定压强与体积成反比?一二三二、玻意耳定律
1.内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比。
2.公式:pV=C(常数)或p1V1=p2V2(其中p1、V1和p2、V2分别表示气体在1、2两个不同状态下的压强和体积)。
3.条件:某种气体的质量一定,温度不变。一二三三、气体等温变化的p-V图象
1.p-V图象
一定质量的某种气体发生等温变化时的p-V图象为双曲线的一支,如图所示。一二三如图所示,一定质量的某种气体在不同温度下的两条等温线,你能判断哪条等温线表示的温度比较高吗?为什么?
提示:T2表示的温度较高,因为它的pV乘积大。一二一、气体的状态参量与等温变化规律的探究
1.气体的状态和状态参量
(1)用以描述气体宏观性质的物理量,叫状态参量。对于一定质量的某种气体来说,描述其宏观性质的物理量有温度T、体积V、压强p三个。
①体积V:气体分子所能达到的空间,即气体所能充满的容器的容积。
②温度T:从宏观角度看,表示物体的冷热程度。从微观角度看,温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
③压强p:垂直作用于容器壁单位面积上的压力。一二(2)气体的状态由状态参量决定,对一定质量的气体来说,当三个状态参量都不变时,我们就说气体的状态一定,否则气体的状态就发生了变化。对于一定质量的气体,压强、温度、体积三个状态参量中只有一个参量变而其他参量不变是不可能的,起码其中的两个参量变或三个参量都发生变化。
2.实验探究中需注意的问题
(1)改变气体体积时,要缓慢进行,等稳定后再读出气体压强,以防止气体体积变化太快,气体的温度发生变化。
(2)实验过程中,不要用手接触注射器的圆筒,以防止圆筒从手上吸收热量,引起内部气体温度变化。一二(3)实验中应保持气体的质量不变,故实验前应在柱塞上涂好润滑油,以免漏气。
(4)在这个实验中,由于气体体积与长度成正比,因此研究气体的体积与压强的关系时,不用测量空气柱的横截面积。
(5)本实验测量体积时误差主要出现在长度的测量上,由于柱塞不能与刻度尺紧密靠近,故读数时注意视线一定与柱塞底面相平。一二二、对玻意耳定律的理解及应用
1.成立条件
玻意耳定律p1V1=p2V2是实验定律,只有在气体质量一定、温度不变的条件下才成立。
2.恒量的定义
p1V1=p2V2=恒量C。
该恒量C与气体的种类、质量、温度有关,对一定质量的某种气体,温度越高,该恒量C越大。一二3.两种等温变化图象 一二一二4.利用玻意耳定律解题的基本思路
(1)明确研究对象,根据题意确定所研究的是哪部分封闭气体,注意其质量和温度应不变。
(2)明确状态参量,找准所研究气体初、末状态的p、V值。
(3)根据玻意耳定律列方程求解。类型一类型二【例1】 用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图甲所示,实验步骤如下:
①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接。
②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p。类型一类型二(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是 ;?
(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是 和 。?
点拨熟悉实验探究中控制实验条件的常用方法是处理问题的关键。
解析:(1)为了保证气体的质量不变,要用润滑油涂活塞达到封闭效果。
(2)气体的体积变化,外界对气体做正功或负功,要让气体与外界进行足够的热交换,一要时间长,也就是动作缓慢,二要活塞导热性能好。
答案:(1)用润滑油涂活塞 (2)慢慢地抽动活塞 活塞导热
题后反思 本实验探究用到的方法是控制变量法,所以要保持气体的质量和温度不变。类型一类型二【例2】 粗细均匀的玻璃管内封闭一段长为12 cm的空气柱。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2 cm,求人潜入水中的深度。(玻璃管内气体温度视为不变,取水面上大气压强为p0=1.0×105 Pa,g取10 m/s2)
点拨由于玻璃管内气体温度不变,被封闭气体的质量也不变,所以根据玻意耳定律问题即可解决。类型一类型二解析:确定研究对象为被封闭的那部分气体,玻璃管下潜的过程中气体的状态变化为等温过程。
设潜入水下的深度为h,玻璃管的横截面积为S。气体的初末状态参量分别为
初状态:p1=p0,V1=0.12 m·S。
末状态:p2=p0+ρgh,V2=0.10 m·S。
解得h=2 m。
答案:2 m
题后反思 应用玻意耳定律分析问题时要明确研究对象,确认温度不变,找准初、末状态,分析并确定状态参量(p1,V1,p2,V2),注意单位要统一,其中正确确定压强是运用玻意耳定律的前提。123451.一定质量的气体,在等温变化过程中,下列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
解析:由于等温变化,温度不变,分子的平均动能不变,分子的平均速率不发生变化,选项A错误;由于是针对一定质量的气体,所以气体的分子总数也不变,选项D错误;在等温变化中,p和V在发生变化,单位体积内分子数由于体积V的变化而变化,故选项B、C正确。
答案:BC123452.关于探究气体等温变化的规律实验,下列说法正确的是 ( )
A.实验过程中应保持被封闭气体的质量和温度不发生变化
B.实验中为找到体积与压强的关系,一定要测量空气柱的横截面积
C.为了减小实验误差,可以在柱塞上涂润滑油,以减小摩擦12345解析:本实验探究采用的方法是控制变量法,所以要保持气体的质量和温度不变,选项A正确;由于注射器是圆柱形的,横截面积不变,所以只需测出空气柱的长度即可,选项B错误;涂润滑油的主要目的是防止漏气,使被封闭气体的质量不发生变化,不仅是为了减小摩
答案:AD12345解析:因为一定质量的气体温度不变时,pV=C,所以其
说,体积一定时,温度越高压强越大,所以T2>T1,选项D正确。
答案:BD123454.如图所示,两端开口的均匀玻璃管竖直插入水银槽中,管中有一段水银柱h1封闭的一定质量气体,这时管下端开口处内外水银面高度差为h2,若保持环境温度不变,当外界压强增大时,下列分析正确的是( )
A.h2变长 B.h2变短
C.h1上升 D.h1下降
解析:被封闭气体的压强为p=p0+ρgh1或p=p0+ρgh2,始终有h1=h2;当p0增大时,被封闭气体的压强增大,由玻意耳定律知,封闭气体的体积应减小。
答案:D123455.如图为一种减震垫,上面布满了圆柱状薄膜气泡,每个气泡内充满体积为V0、压强为p0的气体,当平板状物品平放在气泡上时,气泡被压缩。若气泡内气体温度保持不变,当体积压缩到V时气泡与物品接触面的面积为S,求此时每个气泡内气体对接触面处薄膜的压力。
解析:设压力为F,压缩后气体压强为p。
由p0V0=pV和F=pS课件29张PPT。2 气体的等容变化和等压变化1.知道什么是等容变化,知道查理定律的内容和公式;了解等容变化的p-T图线及其物理意义。
2.知道什么是等压变化,知道盖—吕萨克定律的内容和公式;了解等压变化的V-T图线及其物理意义。一二一、气体的等容变化
1.概念:一定质量的某种气体,在体积不变时,压强随温度的变化叫作等容变化。
2.查理定律:
(1)内容:一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度T成正比。
(3)条件:气体质量一定,体积不变。一二打足气的自行车在烈日下暴晒,常常会爆胎,原因是什么?
提示:该过程可认为气体体积不变,车胎内气体因温度升高而压强增大。一二3.图象:
(1)p-T图象
一定质量的某种气体,在等容变化过程中,气
体的压强p与热力学温度T的图线是过原点的
倾斜直线,如图所示。(2)p-t图象
一定质量的某种气体,在等容变化过程中,气体的压强p与摄氏温度t的图线是一条延长线通过横轴上-273.15 ℃的点的倾斜直线,如图所示,图象在纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强。?一二当气体发生等容变化时,它的压强与摄氏温度t成正比吗?
提示:不成正比,是一次函数关系。一二二、气体的等压变化
1.概念:一定质量的某种气体,在压强不变时,体积随温度的变化叫作等压变化。
2.盖—吕萨克定律:
(1)内容:一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积V与热力学温度T成正比。
(3)条件:气体质量一定,压强不变。一二3.图象:
(1)V-T图象
一定质量的某种气体,在等压变化过程中,气体的体积V与热力学温度T的图线是过原点的倾斜直线,如图所示。(2)V-t图象
一定质量的某种气体,在等压变化过程中,气体的体积V与摄氏温度t的图线是一条延长线通过横轴上-273.15 ℃的点的倾斜直线,如图所示。?一二V-T坐标系中,质量一定的气体的等压线的斜率越大,气体压强越大吗?
提示:不对,应该是越小。一二三一、对查理定律的理解
1.查理定律的两种表述
(1)热力学温标下的表述:
一定质量的某种气体,在体积不变的情况下,压强p与热力学温度一二三一二三2.查理定律的适用条件
(1)气体质量一定,体积不变。
(2)(实际)气体的压强不太大,温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。
3.利用查理定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象,即被封闭的气体。
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立条件,即是否是质量和体积保持不变。
(3)确定初、末两个状态的温度、压强。
(4)按查理定律公式列式求解,并对结果进行讨论。
4.查理定律的重要推论
一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化,其压强的变化量Δp与温度的变化量ΔT之间的关系为一二三二、对盖—吕萨克定律的理解
1.盖—吕萨克定律的两种表述
(1)热力学温标下的表述:
一定质量的某种气体,在压强不变的情况下,其体积V与热力学温度T成正比,即V∝T,其表达式为一二三一二三2.盖—吕萨克定律的适用条件
(1)气体质量一定,压强不变。
(2)(实际)气体的压强不太大,温度不太低(不低于零下几十摄氏度)。
3.利用盖—吕萨克定律解题的一般步骤
(1)确定研究对象,即被封闭气体。
(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律成立的条件,即是不是质量和压强保持不变。
(3)分别找出初、末两状态的温度、体积。
(4)根据盖—吕萨克定律列方程求解,并对结果进行讨论。
4.盖—吕萨克定律的重要推论
一定质量的气体从初状态(V、T)开始发生等压变化,其体积的改变量ΔV与温度的变化量ΔT之间的关系是一二三三、查理定律与盖—吕萨克定律的比较 一二三类型一类型二类型三【例1】 一定质量的气体,在体积不变时,温度由50 ℃加热到 100 ℃(取T=t+273 K),气体的压强变化情况是( )
点拨气体发生等容变化时,它的压强与热力学温度成正比。类型一类型二类型三答案:D 类型一类型二类型三【例2】 在一粗细均匀且两端封闭的U形玻璃管内,装有一段水银柱,将A和B两端的气体隔开,如图所示。在室温下,A、B两端的气体体积都是V,管内水银面的高度差为Δh,现将它竖直地全部浸没在沸水中,高度差Δh怎么变化?点拨由A、B压强、温度的关系,判断ΔpA、ΔpB关系,然后判断出Δh的变化。 解析:设气体体积不变,由查理定 A、B两气体初温T相同,又都升高相同温度,即ΔT相同,初状态有pA
答案:增大类型一类型二类型三题后反思 判断液柱的移动方向往往采用假设法,假设液柱不动,然后由查理定律的分比式比较压强的变化,从而判断出液柱的移动方向。
触类旁通 在例2中,若把U形玻璃管全部放入冰水混合物中(0 ℃),高度差Δh如何变化?
答案:减小类型一类型二类型三【例3】
一定质量的某种气体自状态A经状态C变化到状态B,这一过程在V-T 图上表示如图所示,则( )
A.在过程AC中,气体的压强不断变大
B.在过程CB中,气体的压强不断变小
C.在状态A时,气体的压强最大
D.在状态B时,气体的压强最大
点拨在V-T图象中,比较两个状态的压强大小,可以用这两个状态到原点连线的斜率大小判断。类型一类型二类型三解析:气体在过程AC中,图线上的点到原点连线的斜率逐渐减小,所以气体的压强不断变大,故选项A正确。在CB变化过程中,情形与过程AC类似,即在过程CB中,气体的压强不断变大,故选项B错误。综上所述,在ACB过程中气体的压强始终增大,所以气体在状态B时的压强最大,故选项C错误,选项D正确。
答案:AD
题后反思 在V-T图象中,比较压强的大小,可以借助等压线进行。同理,在p-T图象中,比较体积的大小也可以借助等容线进行。
触类旁通 若例3中的V-T图改为p-T图,图线形状不变,试分析过程ACB中气体体积的变化情况。
答案:一直增大123451.对于一定质量的气体,在体积不变时,压强增大到原来的2倍,则气体温度的变化情况是( )
A.气体的摄氏温度升高到原来的2倍
B.气体的热力学温度升高到原来的2倍
C.气体的摄氏温度降为原来的一半
D.气体的热力学温度降为原来的一半
解析:一定质量的气体体积不变时,压强与热力学温度成正比,
答案:B12345答案:C 123453.如图,一定量的气体从状态A沿直线变化到状态B,在此过程中,其压强( )
A.逐渐增大
B.逐渐减小
C.始终不变
D.先增大后减小
解析:由A→B,图线上每点与坐标原点连线的斜率逐渐减小,所以气体的压强逐渐增大。
答案:A123454.如图所示,四个两端封闭、粗细均匀的玻璃管内的空气被一段水银柱隔开,按图中标明的条件,当玻璃管水平放置时,水银柱处于静止状态。如果管内两端的空气都升高相同的温度,则水银柱向左移动的是( )解析:假设升温后,水银柱不动,则压强要增加,由查理定律有,压强的增加量 T高,Δp小,也就可以确定水银柱应向温度高的方向移动,故选项C、D正确。
答案:CD123455.气体温度计结构如图所示。玻璃测温泡A内充有某种气体,通过细玻璃管B和水银压强计相连。开始时A处于冰水混合物中,左管C中水银面在O点处,右管D中水银面高出O点h1=14 cm,后将A放入待测恒温槽中,上下移动D,使C中水银面仍在O点处,测得D中水银面高出O点h2=44 cm。求恒温槽的温度。〔已知外界大气压为标准大气压(1.0×105 Pa),标准大气压相当于76 cm汞柱产生的压强,取T=t+273 K〕12345解析:设恒温槽的温度为T2,由题意知T1=273 K
A内气体发生等容变化,根据查理定律得
p1=p0+ph1②
p2=p0+ph2③
联立①②③式,代入数据得
T2=364 K(或91 ℃)。
答案:364 K或91 ℃课件29张PPT。3 理想气体的状态方程1.了解理想气体的模型,并知道实际气体在什么情况下可以看成理想气体。
2.能够应用气体实验定律推出理想气体的状态方程,进而培养学生的推理能力和抽象思维能力;掌握理想气体状态方程的内容和表达式,并能应用方程解决实际问题。一二一、理想气体
1.定义:在任何温度、任何压强下都遵从气体实验定律的气体叫作理想气体。
2.实际气体可视为理想气体的条件:
实际气体在温度不太低(不低于零下几十摄氏度)、压强不太大(不超过大气压的几倍)时,可以当成理想气体。
由于理想气体忽略了分子间的相互作用,即理想气体无分子势能,同学们想一下,理想气体的内能与哪些因素有关?
提示:与分子数和分子热运动的平均动能有关。一二二、理想气体的状态方程
1.内容:一定质量的某种理想气体,在从一个状态变化到另一个状态时,尽管p、V、T都可能改变,但是压强与体积的乘积与热力学温度的比值保持不变。
3.适用条件:一定质量的理想气体。一二4.理想气体状态方程与气体实验定律的关系:
(1)当一定质量理想气体温度不变时,由理想气体状态方程得pV=C,即玻意耳定律。一二课本推导理想气体状态方程的过程中先后经历了等温变化、等容变化两个过程,是否表示始末状态参量的关系与中间过程有关?
提示:与中间过程无关,中间过程只是为了应用已学过的规律(如玻意耳定律、查理定律等)研究始末状态参量之间的关系而采用的一种手段。一二三一、理想气体
1.理解
(1)理想气体是为了研究问题方便而提出的一种理想模型,是实际气体的一种近似,实际上并不存在,就像力学中的质点、电学中的点电荷模型一样。
(2)从宏观上讲,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。而在微观意义上,理想气体是指分子本身大小与分子间的距离相比可以忽略不计且分子间不存在相互作用的引力和斥力的气体。一二三2.特点
(1)严格遵守气体实验定律及理想气体状态方程。
(2)理想气体分子本身的大小与分子间的距离相比可以忽略不计,分子可视为质点。
(3)理想气体分子除碰撞外,无相互作用的引力和斥力,故无分子势能,理想气体的内能等于所有分子热运动动能之和,一定质量的理想气体内能只与温度有关。
温馨提示 理想气体是一种理想化模型,是对实际气体的科学抽象。题目中无特别说明时,一般都可将实际气体作为理想气体来处理。一二三二、对理想气体状态方程的理解
1.理想气体状态方程与气体实验定律一二三2.理想气体状态方程的推导
一定质量的理想气体初态(p1、V1、T1)变化到末态(p2、V2、T2),因气体遵从三个实验定律,我们可以从三个定律中任意选取其中两个,通过一个中间状态,建立两个方程,解方程消去中间状态参量便可得到理想气体状态方程。组成方式有6种,如图所示。一二三一二三3.理想气体状态方程的应用要点
(1)选对象:根据题意,选出所研究的某一部分气体,这部分气体在状态变化过程中,其质量必须保持一定。
(2)找参量:找出作为研究对象的这部分气体发生状态变化前后的一组p、V、T数值或表达式,压强的确定往往是个关键,常需结合力学知识(如力的平衡条件或牛顿运动定律)才能写出表达式。
(3)认过程:过程表示两个状态之间的一种变化式,除题中条件已直接指明外,在许多情况下,往往需要通过对研究对象跟周围环境的相互关系的分析中才能确定,认清变化过程是正确选用物理规律的前提。一二三(4)列方程:根据研究对象状态变化的具体方式,选用理想气体状态方程或某一实验定律,代入具体数值,T必须用热力学温度,p、V的单位要统一,最后分析讨论所得结果的合理性及其物理意义。
温馨提示 在涉及气体的内能、分子势能的问题中要特别注意是否为理想气体,在涉及气体的状态参量关系时往往将实际气体当作理想气体处理,但这时需要关注的是气体的质量是否保持不变。一二三三、理想气体状态变化的图象
1.一定质量的理想气体的各种图象一二三一二三一二三2.一般状态变化图象的处理方法
基本方法,化“一般”为“特殊”,如图是一定质量
的某种气体的状态变化过程A→B→C→A。
在V-T图线上,等压线是一簇延长线过原点的直
线,过A、B、C三点作三条等压线分别表示三个等压状态,由图可知pA'温馨提示 图象问题要利用好几个线,如V-t、p-t的延长线及
p-T、V-T过原点的线,还有与两个轴平行的辅助线。类型一类型二【例1】 一定质量的理想气体,处于某一状态,经下列过程后会回到原来的温度的是( )
A.先保持压强不变,使它的体积膨胀,接着保持体积不变而减小压强
B.先保持压强不变,使它的体积缩小,接着保持体积不变而减小压强
C.先保持体积不变,增大压强,接着保持压强不变而使它的体积膨胀
D.先保持体积不变,减小压强,接着保持压强不变而使它的体积膨胀
点拨本题应用理想气体状态方程 即可以判断,也可以利用图象辅助解答。类型一类型二解析:方法一(定性分析法):选项A,先p不变,V增大,则T升高;再V不变,p减小,则T降低,可能实现回到初始温度。选项B,先p不变,V减小,则T降低;再V不变,p减小,则T又降低,不可能实现回到初始温度。选项C,先V不变,p增大,则T升高;再p不变,V增大,则T又升高,不可能实现回到初始温度。选项D,先V不变,p减小,则T降低;再p不变,V增大,则T升高,可能实现回到初始温度。综上所述,正确的选项为A、D。方法二(图象法):由于此题要经过一系列状态变化后回到初始温度,所以先在p-V坐标中画出等温变化图线如图所示,然后在图线上任选中间一点代表初始状态,根据各个选项中的过程画出图线,如图所示。从图线的发展趋势来看,有可能与原来的等温线相交说明经过变化后可能回到原来的温度。选项A、D正确。类型一类型二答案:AD
题后反思 对于一定质量的理想气体,由状态方程 可知,当其中一个状态参量发生变化时,一定会引起另外一个状态参量发生变化或另外两个状态参量都发生变化。分析时抓住三个状态参量之间的物理关系是解决此类问题的关键。有时也可以利用图象分析,图象分析具有直观、简便的特点。类型一类型二【例2】 如图甲所示,水平放置的汽缸内壁光滑,活塞厚度不计,在A、B两处设有限制装置,使活塞只能在A、B之间运动,B左面汽缸的容积为V0。A、B之间的容积为0.1V0,开始时活塞在B处,缸内气体的压强为0.9p0(p0为大气压强),温度为297 K,现缓慢加热汽缸内的理想气体,直至399.3 K。求:
类型一类型二(1)活塞刚离开B处时的温度TB。
(2)缸内气体最后的压强p。
(3)在图乙中画出整个过程的p-V图线。
点拨找出临界点是解题的基本前提,本题中活塞刚离开B处和刚到达A处是两个临界点。
解析:(1)活塞刚离开B处之前的状态变化可看作是等容变化。
初状态:p1=0.9p0,T1=297 K,V1=V0
末状态:活塞恰好要离开B,p2=p0,T2=TB,
V2=V0
解得TB=330 K。类型一类型二类型一类型二(3)如图所示,状态的变化是先等容升温到状态2,再缓慢升温,是等压变化,变化到末态体积,最后再等容升压到最终状态。
答案:(1)330 K (2)1.1p0 (3)见解析图
题后反思 处理这类问题时要充分挖掘隐含条件,找出临界点,确定临界点前后的不同变化过程,然后再利用相应的物理规律解题,如本题中的三个过程先是等容变化,然后是等压变化,最后又是等容变化。12341.关于理想气体,下列说法正确的是( )
A.理想气体能严格地遵守气体实验定律
B.实际气体在温度不太高、压强不太小的情况下,可看成理想气体
C.实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下,可看成理想气体
D.所有的实际气体在任何情况下,都可以看成理想气体
解析:理想气体是在任何温度、任何压强下都能遵守气体实验定律的气体,选项A正确;它是实际气体在温度不太低、压强不太大的情况下的近似,故选项C正确,选项B、D错误,故选A、C。
答案:AC12342.一定质量的理想气体,初始状态为p、V、T,经过一系列状态变化后,压强仍为p,则下列过程中可以实现的是 ( )
A.先等温膨胀,再等容降温
B.先等温压缩,再等容降温
C.先等容升温,再等温压缩
D.先等容降温,再等温压缩
答案:BD12343.对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是( )
A.若气体的压强和体积都不变,其内能也一定不变
B.若气体的内能不变,其状态也一定不变
C.若气体的温度随时间不断升高,其压强也一定不断增大
D.气体温度每升高1 K所吸收的热量与气体经历的过程有关
E.当气体温度升高时,气体的内能一定增大1234答案:ADE12344.如图所示,一定质量理想气体的压强p与体积V关系图象,它由状态A经等容过程到状态B,再经等压过程到状态C。设A、B、C状态对应的温度分别为TA、TB、TC,则下列关系式正确的是( )
A.TAB.TA>TB,TB=TC
C.TA>TB,TBD.TA=TB,TB>TC
答案:C课件25张PPT。4 气体热现象的微观意义1.初步了解什么是随机事件,什么是统计规律。
2.理解气体分子运动的特点;能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义,知道气体的温度、压强、体积与所对应的微观物理量间的相互联系;能用气体分子动理论解释三个气体实验定律。一二三四一、随机性与统计规律
1.必然事件:在一定条件下,若某事件必然出现,这个事件叫作必然事件。
2.不可能事件:在一定条件下,不可能出现的事件叫作不可能事件。
3.随机事件:在一定条件下可能出现,也可能不出现的事件叫作随机事件。
4.统计规律:大量随机事件的整体表现出的规律。一二三四二、气体分子运动的特点
1.气体分子运动的“三性”
(1)自由性:由于气体分子间的距离比较大,大约是分子直径的10倍左右,分子间的作用力很弱,因此除了相互碰撞或者跟器壁碰撞外,不受力而做匀速直线运动,因而气体能充满它所达到的整个空间。
(2)无序性:由于分子之间频繁地碰撞,每个分子的速度大小和方向频繁改变,分子的运动杂乱无章,在某一时刻向着任何一个方向运动的分子都有,而且向着各个方向运动的气体分子数目都相等。
(3)规律性:气体分子速率分布呈现出“中间多,两头少”的分布规律。当温度升高时,速率大的分子数增多,速率小的分子数减少,分子的平均速率增大。反之,分子的平均速率减小。一二三四2.温度的微观意义
(1)温度越高,分子热运动越激烈。
(2)温度是分子平均动能的标志。理想气体的热力学温度T与分子的平均动能Ek成正比,即T=aEk,式中a是比例常数。一二三四三、气体压强的微观意义
1.产生原因:大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。
2.决定因素:
(1)微观上:决定于气体分子的平均动能和分子的密集程度。
(2)宏观上:决定于气体的温度和体积。一二四三四、对气体实验定律的微观解释
1.对玻意耳定律的解释
一定质量的某种理想气体,温度保持不变时,分子的平均动能是一定的。在这种情况下,体积减小时,分子的密集程度增大,气体的压强就增大。
2.对查理定律的解释
一定质量的某种理想气体,体积保持不变时,分子的密集程度保持不变。在这种情况下,温度升高时,分子的平均动能增大,气体的压强就增大。
3.对盖—吕萨克定律的解释
一定质量的某种理想气体,温度升高时,分子的平均动能增大;只有气体的体积同时增大,使分子的密集程度减小,才能保持压强不变。一二四三一定质量的理想气体仅温度升高或仅体积缩小都会使压强增大,从微观上看,这两种情况有没有区别?
提示:气体的压强等于器壁单位面积受到的压力,一定质量的气体,若仅温度升高,则分子平均动能增大、平均速率增大,不仅每个分子撞击器壁的作用力变大,而且单位时间内气体分子对器壁单位面积的碰撞次数也增多,从而使器壁单位面积受到的压力增大,气体压强变大;若仅减小体积,虽然分子的平均速率不变,每个分子对器壁的撞击力不变,但单位体积内的分子数增加,单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数增加,故压强增大,所以两种情况从微观上看是有区别的。一二三一、气体分子运动的统计规律
1.统计规律
大量随机事件整体表现出来的规律叫统计规律。由于物体是由数量极多的分子组成的,这些分子并没有统一的运动步调,单独看来,各个分子的运动都是不规则的,具有偶然性,但从总体来看,大量分子的运动服从一定的统计规律。
2.具体表现
(1)气体分子沿各个方向运动的机会(几率)相等。
(2)大量气体分子的速率分布呈现中间多(占有分子数目多)、两头少(速率大或小的分子数目少)的规律。
(3)温度升高时,所有分子热运动的平均速率增大,即大部分分子的速率增大了,但也有少数分子的速率减小,这也是统计规律的体现。一二三温馨提示 (1)单个或少量分子的运动是“个体行为”,具有不确定性。大量分子的运动是“集体行为”,具有规律性,即遵守统计规律。
(2)物体的温度升高了,是物体内所有分子热运动的平均速率增大了,不是每一个分子的速率都增大了,有少数分子的速率可能减小。一二三二、气体压强的产生原因及决定因素
1.产生原因
大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强。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来看,气体的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。
2.决定因素
(1)微观因素
①气体分子的密集程度:气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大,在单位时间内,与单位面积器壁碰撞的分子数就越多,气体压强就越大。一二三②气体分子的平均动能:气体的温度越高,气体分子的平均动能就越大,每个气体分子与器壁碰撞时给器壁的冲力就越大;从另一方面讲,分子的平均速率越大,在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多,累计冲力就越大,气体压强就越大。
(2)宏观因素
①与温度有关:温度越高,分子的平均动能越大,其他物理量不变时,气体的压强就越大。
②与体积有关:体积越小,分子的密集程度越大,其他物理量不变时,气体压强就越大。
温馨提示 确定气体压强是否变化,可从微观上的两个因素是否变化确定,也可以从宏观上的两个量V、T是否变化,用状态方程分析,结论是一致的。一二三三、气体压强与大气压强的区别与联系
1.区别
(1)气体压强
因密闭容器的气体分子的密集程度一般很小,由气体自身重力产生的压强极小,可忽略不计,故气体压强由气体分子碰撞器壁产生,大小由气体分子的密集程度和温度决定,与地球的引力无关,气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的。
(2)大气压强
大气压强是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对浸在它里面的物体产生的压强。如果没有地球引力作用,地球表面就没有大气,从而也不会有大气压强。地面大气压强的值与地球表面积的乘积,近似等于地球大气层所受的重力值,大气压强最终还是通过分子碰撞实现对放入其中的物体产生压强。一二三2.联系
两种压强最终都是通过气体分子碰撞器壁或碰撞放入其中的物体而实现的。
温馨提示 (1)在一个不太高的容器中,可以认为各点气体压强是相等的。
(2)容器内气体压强大小与其重力无关,这一点与液体压强不同,液体压强由液体压力产生,在完全失重的环境里,容器中气体的压强不变(要求温度、体积不变),而液体的压强消失。类型一类型二【例1】 1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律,后来有许多实验验证了这一规律。若以横坐标v表示分子速率、纵坐标f(v)表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面四幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是( )
点拨熟悉一定温度下,气体分子的速率分布规律是正确处理本题的关键。类型一类型二解析:分子的速率分布遵循“中间多、两头少”的统计规律,即分子平均速率附近的分子最多,与平均速率差距越大的分子越少,所以选项D正确。
答案:D
题后反思 气体分子速率分布规律:
(1)在一定温度下,所有气体分子的速度都呈“中间多、两头少”的分布。
(2)温度越高,速率大的分子所占比例越大。
(3)温度升高,气体分子的平均速率变大,但具体到某一个气体分子,速率可能变大,也可能变小,无法确定。类型一类型二触类旁通 若例1中图象的横轴不是从0开始变化的,有没有正确选项?若有,为哪一项?
答案:有,C。类型一类型二【例2】 如图所示,两个完全相同的圆柱形密闭容器,甲中恰好装满水,乙中充满空气,则下列说法正确的是(容器容积恒定)( )
A.两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的
B.两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的
C.甲容器中pA>pB,乙容器中pC=pD
D.当温度升高时,pA、pB变大,pC、pD也要变大
点拨明确气体压强与液体压强的产生原因及大小的决定因素是正确分析本题的关键。类型一类型二解析:甲容器压强产生的原因是液体受到重力的作用,而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁,选项A、B错误;液体的压强p=ρgh,hA>hB,可知pA>pB,而密闭容器中气体压强各处均相等,与位置无关,pC=pD,选项C正确;温度升高时,pA、pB不变,而pC、pD增大,选项D错误。
答案:C类型一类型二题后反思 (1)千万不要把液体和气体压强混淆,要从产生原因上加以区别。
(2)正确解决此类问题的要点有:①了解气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁持续碰撞产生的。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。②明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能。
触类旁通 例2中若让两容器同时竖直上抛(不计空气阻力),容器侧壁上的压强将怎样变化?
答案:甲容器侧壁上的压强变为零,乙容器侧壁上的压强不变化。12341.在一定温度下,某种理想气体分子的速率分布应该是 ( )
A.每个分子速率都相等
B.每个分子速率一般都不相等,速率很大和速率很小的分子数目都很少
C.每个分子速率一般都不相等,但在不同速率范围内,分子数的分布是均匀的
D.每个分子速率一般都不相等,速率很大和速率很小的分子数目很多
解析:从气体分子速率分布图象可以看出,分子速率呈“中间多、两头少”的分布规律,故选项B正确。
答案:B12342.两个相同的密闭容器分别装有等质量的同种理想气体,已知容器中气体的压强不相同,则下列判断正确的是 ( )
A.压强小的容器中气体的温度比较高
B.压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少
C.压强小的容器中气体分子的平均动能比较小
D.压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大
解析:相同的容器分别装有等质量的同种气体,说明它们所含的分子总数相同,即分子的密度相同,选项B错误;压强不同,一定是因为两容器气体分子平均动能不同造成的,压强小的容器中分子的平均动能一定较小,温度较低,故选项A错误,选项C正确;压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大,故选项D正确。
答案:CD12343.如图,横坐标v表示分子速率,纵坐标f(v)表示各等间隔速率区间的分子数占总分子数的百分比。图中曲线能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是( )
A.曲线①
B.曲线②
C.曲线③
D.曲线④
解析:分子速率从0→∞分布中,速率很大和很小的分子所占的分子数很少,大部分分子具有中等速率,速率为0的分子不存在,故选项D正确。
答案:D12344.喷雾器内有10 L水,上部封闭有1×105 Pa的空气2 L。关闭喷雾阀门,用打气筒向喷雾器内再充入1×105 Pa的空气3 L(设外界环境温度一定,空气可看作理想气体)。
当水面上方气体温度与外界温度相等时,求气体压强,并从微观上解释气体压强变化的原因。1234解析:设气体初态压强为p1,体积为V1;末态压强为p2,体积为V2。由玻意耳定律得p1V1=p2V2,
代入数据得p2=2.5×105 Pa。
微观解释:温度不变,分子平均动能不变,单位体积内分子数增加,所以压强增加。
答案:2.5×105 Pa 见解析课件17张PPT。本章整合气体 气体 专题一专题二专题三专题一 封闭气体压强的计算
1.液体封闭的气体的压强
【例1】
在竖直放置的U形管内用密度为ρ的两部分液体封闭着两段空气柱。大气压强为p0,各部分尺寸如图所示。求A、B气体的压强。
点拨选与气体接触的液柱为研究对象,进行受力分析,然后根据平衡条件(a=0时)或牛顿第二定律(a≠0时)求出气体的压强。专题一专题二专题三解析:求pA:取液柱h1为研究对象,设管截面积为S,大气压力和液柱重力向下,A气体压力向上,液柱h1静止,如图甲,则p0S+ρgh1S=pAS,
所以pA=p0+ρgh1。
求pB:取液柱h2为研究对象,由于h2的下端是连
通器,A气体压强由液体传递后对h2的压力向上,
B气体压力、液柱h2重力向下,液柱平衡如图乙,
则pBS+ρgh2S=pAS,
所以pB=p0+ρgh1-ρgh2。
熟练后,可直接由压强平衡关系写出待测压强,不一定非要从力的平衡方程式找起。
答案:pA=p0+ρgh1 pB=p0+ρgh1-ρgh2专题一专题二专题三题后反思 求液体封闭的气体的压强时,常用到在同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上压强是相等的这一规律。例如,本例题中求pB时可以从A气体下端选取等压面(如图中虚线所示),则有,pB+ρgh2=pA=p0+ρgh1,也可得出pB=p0+ρgh1-ρgh2。专题一专题二专题三2.固体(活塞或汽缸)封闭的气体的压强
【例2】
一圆形汽缸静置于地面上,如图所示,汽缸的质量为m1,活塞的质量为m2,活塞面积为S,大气压强为p0,现将活塞缓慢上提,求汽缸刚离开地面时汽缸内气体的压强。(忽略摩擦)
点拨由于该固体必定受到被封闭气体的压力,所以可通过对该固体进行受力分析,然后由平衡条件(a=0时)或牛顿第二定律(a≠0时)建立方程,求出封闭气体的压强。专题一专题二专题三解析:此问题中的活塞和汽缸均处于平衡状态。以活塞为研究对象,受力分析如图甲所示,由平衡条件得
F+pS=m2g+p0S
由于F未知,再以活塞和汽缸整体为研究
对象,受力如图乙(由于外界大气压力相互
抵消,不再画出),则有
F=(m1+m2)g
专题一专题二专题三题后反思 处理较为灵活的力、热综合问题时,研究对象一般分两类:一类是热力学研究对象(一定质量的气体),一般由气体实验定律或理想气体状态方程分析;一类是力学研究对象(汽缸、活塞等),一般用平衡条件或牛顿第二定律分析,一般情况下,气体的压强是联系这两部分的“桥梁”。专题一专题二专题三专题二 “两团气”问题
这类问题涉及两部分气体,它们之间虽然没有气体交换,但其压强或体积间有一定的关系,分析清楚这些关系是解题的关键,解决这类问题的一般方法是:
1.分别选取每部分气体为研究对象,确定初、末状态参量,根据状态方程列式求解。
2.认真分析两部分气体的压强、体积之间的关系,并写出关系式。
3.多个方程联立求解。专题一专题二专题三【例3】 如图甲所示,内径均匀的U形管中装入水银,两管中水银面与管口的距离均为l=10.0 cm,大气压强p0=1.0×105 Pa时,如图乙所示,将右侧管口封闭,然后从左侧管口处将一活塞缓慢向下推入管中,直到左右两侧水银面高度差达h=6.0 cm为止。求活塞在管内移动的距离。
点拨由题中“活塞缓慢向下推入管中”的条件知,过程是等温的。左右两侧被封闭的气体均做等温变化,遵守玻意耳定律,而两部分气体中间隔着可以流动的水银柱,故它们的压强之间必有一定的关系。另外题中气体被压缩后气体体积的确定是个难点。专题一专题二专题三答案:6.4 cm
题后反思 对相互关联的气体,首先要对关联气体的液柱或活塞进行受力分析,找出两部分气体间的压强、体积关系,然后分别对气体由实验定律进行分析。专题一专题二专题三专题三 “变质量”问题
分析变质量问题时,可以通过巧妙地选择合适的研究对象,使这类问题转化为一定质量的气体问题,用理想气体状态方程求解。
1.打气问题
向球、轮胎中充气是一个典型的变质量气体问题,只要选择球内原有气体和即将打入的气体整体作为研究对象,就可把充气过程中气体质量变化的问题转化为定质量气体的状态变化问题。
2.抽气问题
从容器内抽气的过程中,容器内的气体质量不断减小,这属于变质量问题。分析时,将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,质量不变,故抽气过程可以看作是等温膨胀过程。专题一专题二专题三3.分装问题
将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量问题。分析这类问题时,可以把大容器中的气体和多个小容器中的气体看作整体作为研究对象,这样就将变质量问题转化为定质量问题。
4.漏气问题
容器漏气过程中气体的质量不断发生变化,属于变质量问题,不能用理想气体状态方程求解。如果选容器内剩余气体为研究对象,便可使问题变成一定质量的气体状态变化,可用理想气体状态方程求解。专题一专题二专题三【例4】 一只两用活塞气筒的原理如图所示(打气时如图甲,抽气时如图乙),其筒内体积为V0,现将它与另一只容积为V的容器相连接,容器内的空气压强为p0,当分别作为打气筒和抽气筒时,活塞工作n次后,在上述两种情况下,容器内的气体压强分别为(假定温度不变)( )点拨巧妙选取研究对象,化“变质量”问题为定质量问题,然后利用相关规律列式求解。专题一专题二专题三解析:打气时,活塞每推动一次,把体积为V0、压强为p0的气体推入容器内,若活塞工作n次,就是把压强为p0、体积为nV0的气体压入容器内,容器内原来有压强为p0、体积为V的气体,现在全部充入容器内,根据玻意耳定律得p0(V+nV0)=p'V,所以
抽气时,活塞每拉动一次,把容器中的气体的体积从V膨胀为V+V0,而容器的气体压强就要减小,活塞推动时,将抽气筒中的V0气体排出。而再次拉动活塞时,将容器中剩余的气体从V又膨胀到V+V0,容器内的压强继续减小,根据玻意耳定律得专题一专题二专题三答案:D
题后反思 本题“打气问题”和“抽气问题”属于典型的变质量的气体问题。但是只要巧妙地选取研究对象即分别选择球内原有气体与即将打入气体组成的整体作为研究对象。和将每次抽气过程中抽出的气体与剩余气体作为研究对象就可化变质量问题为定质量问题来分析了。