沪教版高中物理选修3-3 2.1气体的状态_学案1

气体的状态

【学习目标】
1．气体状态和状态参量。热力学温度。
2．气体的体积、温度、压强之间的关系。
3．气体分子运动的特点；气体压强的微观意义。
【学习重难点】
1．气体状态和状态参量。热力学温度。
2．气体的体积、温度、压强之间的关系。
【学习过程】
一、知识扫描
1．1atm= pa= cmHg，相当于 m高水柱所产生的压强。
2．气体的状态参量有：(p、V、T)
①压强(p)：封闭气体的压强是大量分子对器壁 撞击 的宏观表现，其决定因素有：1) ；2) 。
②体积(V)：1m3= l= ml 。
③热力学温度T= 。
4．一定质量的理想气体的体积、压强、温度之间的关系是： ，克拉珀珑方程是： 。
5．理想气体分子间没有相互作用力。注意：一定质量的某种理想气体内能由 决定。
二、典型例题
例1．已知大气压强为p0 cmHg，一端开口的玻璃管内封闭一部分气体，管内水银柱高度为h cm，（或两边水银柱面高度差为h cm），玻璃管静止，求下列图中封闭理想气体的压强各是多少？
解析：将图中的水银柱隔离出来做受力分析；⑺中取与管内气体接触的水银面为研究对象做受力分析。本题的所有试管的加速度都为零。所以在（1）中：G=N，p0S=PS；在（2）图中：p0S+G=pS，p0S+ρghS=pS，取cmHg(厘米汞柱)为压强单位则有：p= p0+h；同理，图（3）中试管内气体的压强为：p= p0-h；采用正交分解法解得：图（4）中：p= p0+hsinθ；图（5）中：p=p0-hsinθ；图⑹中取高出槽的汞柱为研究对象，可得到：p= p0-h；图⑺中取与管内气体接触的水银面（无质量）为研究对象：p0S+ρghS=pS，p= p0+h
点评：
（1） 确定封闭气体压强主要是找准封闭气体与水银柱（或其他起隔绝作用的物体）的接触面，利用平衡的条件计算封闭气体的压强。
（2） 封闭气体达到平衡状态时，其内部各处、各个方向上压强值处处相等。
（3） 液体压强产生的原因是重力
（4）液体可将其表面所受压强向各个方向传递。
例2．两个完全相同的圆柱形密闭容器，如图8．3—1所示，甲中装有与容器等体积的水，乙中充满空气，试问：
（1）两容器各侧壁压强的大小关系及压强大小决定于哪些因素？
（2）若两容器同时做自由落体运动，容器侧壁所受压强将怎样变化？
解析：
（1）对于甲容器，上壁压强为零，底面压强最大，侧壁压强自上而下由小变大其大小决定于深度，对于乙容器各处器壁上的压强均相等，其大小决定于气体分子的温度和气体分子的密度。
（2）甲容器做自由落体运动时，处于完全失重状态，器壁各处的压强均为零；乙容器做自由落体运动时，气体分子的温度和气体分子的密度不变，所以器壁各处的压强不发生变化。
点评：要分析、弄清液体压强和气体压强产生的原因是解决本题的关键。
例3．钢瓶内装有高压气体，打开阀门高压气体迅速从瓶口喷出，当内外气压相等时立即关闭阀门。过一段时间后再打开阀门，问会不会再有气体喷出？
解析：第一次打开阀门气体高速喷出，气体迅速膨胀对外做功，但来不及吸热。由热力学第一定律可知，气体内能减少，导致温度突然下降。关闭阀门时，瓶内气体温度低于外界温度，但瓶内压强等于外界气体压强。过一段时间后，通过与外界热交换，瓶内温度升高到和外界温度相同，而瓶的体积没变，故而瓶内气体压强增大。因此，再次打开阀门，会有气体喷出。
点评：此题有两个过程，第一次相当于绝热膨胀过程，第二次是等容升温。
例4．一房间内，上午10时的温度为150C，下午2时的温度为250C，假定大气压无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的 （ ）
A．空气密度增大 B．空气分子的平均动增大
C．空气分子速率都增大 D．空气质量增大
解析：由于房间与外界相通，外界大气压无变化，因而房间内气体压强不变。但温度升高后，体积膨胀，导致分子数密度减小。所以，房间内空气质量减少，空气分子的平均动增大。但并非每个分子速率都增大，因为单个分子的运动是无规则的。答案B是正确。
点评：本题要求学生正确理解题意，弄清温度变化对分子运动的影响。
例5．如图所示，一气缸竖直放置，气缸内有一质量不可忽略的活塞，将一定量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气体处于平衡状态。现保持温度不变把气缸稍微倾斜一点，在达到平衡后，与原来相比，则（ ）
A． 气体的压强变大 B．气体的压强变小
C． 气体的体积变大 D． 气体的体积变小
【达标检测】
1．一定量的理想气体吸收热量，同时体积膨胀并对外做功，则此过程的末状态与初状态相比（ ）
A．气体内能一定增加 B．气体内能一定减少
C．气体内能一定不变 D．气体内能变化不可确定

2．如图所示，封有空气的气缸挂在测力计上，测力计的示数为F，已知气缸套的质量为M，活塞的质量为m，面积为S，气缸壁与活塞间摩擦不计，外界大气压强为po，则气缸内空气的压强为多少？

3．一定质量的理想气体处于平衡态，此时压强为Ｐ，有人设计四种途径，使气体经过每种途径后压强仍为P，这四种途径是：
（1）先保持体积不变，降低压强，再保持温度不变，压缩体积。
（2）先保持体积不变，升高温度，再保持温度不变，让体积膨胀。
（3）先保持温度不变，让体积膨胀，再保持体积不变，升高温度。
（4）先保持温度不变，压缩体积，再保持体积不变，降低温度。

A．（1）、（2） B．（3）、（4）不可能
C． （1）、（3）不可能 D．（1）、（2）、（3）、（4）都可能
4．如下图所示，气缸的质量M＝10kg，活塞的质量m=2kg，活塞横截面积s=100cm2， 弹簧的倔强系数k=200N/m，外界大气压强Po=1．0×105Pa，求在下列条件下气缸内气体的压强。

（A）活塞上加重力为G=200N物体时，Pa= ；
（B）活塞上加重力为G=200N物体且弹簧伸长10cm，Pb= ；
（C）拉力F拉活塞，气缸离开地面，Pc= ；
（D）活塞上加重力为G=200N物体且弹簧被压缩2cm，则Pd= 。
5．下列说法正确的是（ ）
A．一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积减小而增大的微观原因是：每个分子撞击器壁的作用力增大
B．一定质量的气体，保持温度不变，压强随体积增大而减小的微观原因是：单位体积内的分子数减少
C．一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是：分子平均动能增大
D．一定质量的气体，保持体积不变，压强随温度升高而增大的微观原因是：分子的密度增大
6．分子流以平均速率vo和面积为S的器壁碰撞，分子流单位体积内的分子数为n，每个分子的质量为m，如果分子的运动方向与器壁垂直，且碰撞后按原速率反向弹回。则分子流对器壁的作用力为 ，压强为 。

7．如右图所示，天平右盘放砝码，左盘是一个水银气压计，玻璃管固定在支架上，天平已调节平衡，若大气压强增大，则( )
A．天平失去平衡，左盘下降。 B．天平失去平衡，右盘下降。
C．天平仍平衡。 D．无法判定天平是否平衡。
8．在冬季，剩有半瓶热水的暧水瓶经一个夜晚后，第二天拔瓶口的软木塞时觉得很紧，不易拔出来。其中主要原因是（ ）
A．软木塞受潮膨胀
B．瓶口因温度降低而收缩变小
C．白天气温升高，大气压强变大
D．瓶内气体因温度降低而压强减小
9．如右图所示，在光滑水平面上放一个质量为M，内外壁都光滑的气缸，活塞质量为m，横截面积为S，外界大气压强为Po，现对活塞施一个水平恒力F，当活塞与气缸无相对滑 动时，气缸内气体的压强为多少？


10.如图所示，质量为m1的内壁光滑的玻璃管，横截面积为S，内装有质量为m2的水银。管外壁与斜面的动磨擦因数为，斜面倾角为θ=30?。当玻璃管与水银共同沿斜面下滑时，被封闭的气体压强为多少（设大气压强P0）？


11．如右图所示，在光滑的水平面上有一个横截面积为S的试管，管内有质量为m，可在 管内无摩擦滑动的活塞。现用活塞封住一段空气柱，并把试管用绳子系在桌面上以角速度ω 作圆周运动，设大气压为Po。活塞距离圆心为l，则试管内气柱压强为多少？



12．由地球的半径R=6．4×106m及大气压强值p0=1．0×105Pa估算大气层空气的总重。（结果取一位有效数字）


乙

甲