高一物理：气体的状态参量

B.气体的压强与体积的关系1.气体的状态参量1.气体的状态参量大家谈气体是物质存在的一种状态，你认为气体有哪些性质？应该如何来描述气体的状态？思考：快速压缩气体的现象（打气筒给自行车轮胎充气），筒内的气体将发生怎样的变化？气体的体积、压强、温度均发生变化。气体的状态参量：体积、压强和温度（1）气体的体积Volume气体无一定的体积，气体分子所能达到的空间范围称为气体的体积，用字母V来表示。体积的国际单位是m3（立方米）深入理解：容器的容积即为气体的体积常用的单位还有“升”，符号是“L”。1L=1dm3，1m3=103L=106mL。（2）气体的温度Temperature描述物体冷热程度和物理量气体温度是气体平均动能的量度国际单位是K（开尔文）常用温度t单位是℃（摄氏度）T=273+t(3)气体的压强pressure容器壁单位面积上所受的压力就是气体的压强p=F/S国际单位：Pa（帕斯卡）大气压强为：相当于76厘米汞柱产生的压强p0=ρgh=13.6×103×9.8×0.76=1.013×105Pa思考：气体的压强是怎样产生的？压强的微观本质由于气体内大量分子做无规则运动过程中，对容器壁频繁撞击的结果。气体压强的计算用液体封闭气体如图所示，一粗细均匀、竖直开口向上的玻璃管子内用长为h、密度为ρ的液柱封闭了一段空气。若玻璃管横截面积为S，外界大气压强为p0，求管内被封闭气体的压强。hp=p0+mg/s=p0+ρvg/sp=p0+ρhsg/sp=p0+ρgh计算图中各情况下，被封闭气体的压强。(外界大气压强p0=75厘米汞柱,图中液体为水银)P1=1.01*105PaP2=0.67*105PaP3=0.83*105PaP4=0.67*105PaP5=1.17*105Pa公式p=p0±ρgh•h表示液面高度差•当液柱压缩封闭气体时取“+”号•当液柱有使气体体积增大趋势时取“-”号如图所示，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两气柱的下表面在同一水平面上，另两端的水银柱长度分别是h1和h2，外界大气的压强为p0，则A、B、C三段气体的压强分别是多少？pA=pB=p0+ρgh2pC=pB–ρgh1=p0+ρg(h2–h1)四个长方体容器中被光滑的活塞封闭一定质量的气体。如图4–1–4所示，M为重物质量，F是外力，p0为大气压,S为活塞面积，m为活塞质量，则压强各为：p0p0+(M+m)g/Sp0+F/S-mg/Sp0-F/S+mg/S公式p=p0±F/S•F为垂直于S的作用力，若不垂直则可进行分解求出其垂直分力•当F有压缩封闭气体作用时取“+”号•当F有使封闭气体体积增大趋势时取“-”号如图所示，一个横截面积为S的圆柱形容器竖直放置，金属圆板的上表面是水平的，下表面是倾斜的，下表面与水平面的夹角为θ。圆板质量为M，不计圆板与内壁间的摩擦，若大气压为p0，则被圆板密封的容器内的气体的压强p等于：A．p0＋(Mgcosθ/S)B．(p0/cosθ)＋(Mg/Scosθ)C．p0＋(Mgcos2θ/S)D．p0＋(Mg/S)解：以活塞为研究对象，分析活塞的受力情况，如图所示，由于活塞处于静止状态，活塞所受的力在竖直方向的分量和一定为零。则有p0S＋Mg－pS’cosθ＝0其中S’是金属圆板下表面的面积，显然S’＝S/cosθ由(1)(2)两式解得p＝p0＋Mg/S因此，正确的选项是D。如图气缸固定，活塞质量为m=1.00千克，面积S=100厘米2。重物质量为M=1.50千克，活塞与气缸壁之间的摩擦不计，活塞不漏气。大气压强为Po=1.0×105帕。把整个装置放在升降机的水平地板上，当升降机以a=6.00米/秒2的加速度匀加速上升时，封闭气体的压强为多大(g取10米/秒2)?SagmM))((解：以活塞和重物为整体受力分析对象。受力情况如右图所示(M+m)g为整体重力，PoS为大气压力，PS为气缸内气体的压力。根据牛顿第二定律有：PS-(PoS+Mg+mg)=(M+m)aP=Po+=1.0×105+(1.5+1.0)(10+6.00)/(100×10-4)=1.04×105帕即封闭气体压强为1.04×105帕。如图所示，两个气缸A和B被活塞各封住一部分气体，活塞面积比SA:SB=2:1，气缸A内气体压强pA=10atm(标准大气压)，外界为一个标准大气压，则气缸B中气体压强pB=个标准大气压。对活塞整体受力分析根据平衡条件PASA+P0SB=PBSB+P0SA2.气体的压强与体积的关系演示实验在一只锥形瓶中放入一个气球，把气球的开口翻在锥形瓶的瓶颈上，然后向气球吹气，将会发生什么现象？为什么？历史回眸玻意耳首先研究的对象是空气。通过对空气物理性质的研究，特别是真空实验，他认识到真空所产生的吸力乃是空气的压力。他做了一系列实验来考察空气的压力和体积的关系，并推导出空气的压力和它所占体积之间的数学关系--“空气的弹性和它的体积成反比”。英国科学家罗伯特·玻意耳，《怀疑派化学家》，誉称“玻意耳把化学确立为科学”。探索研究（DIS实验）实验装置玻意耳定律表述一：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积成反比。表述二：一定质量的气体，在温度不变的情况下，它的压强跟体积的乘积不变。玻意耳定律的数学表达式：适用条件：压强不太大（与大气压相比）温度不太低（与室温相比）。1221VVPP2211VPVP气体的等温变化图象（1）等温图象的特点：等温线是双曲线，温度越高，其等温线离原点越远。如图所示：两条曲线分别对应的温度为：T1T2；（2）在P－图象中为一条过原点的直线，同理T2T1。例题某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa。解设容器原装气体为研究对象。初态p1=20×105PaV1=10LT1=T末态p2=1.0×105PaV2=？LT2=T由玻意耳定律p1V1=p2V2得即剩下的气体为原来的5％。应用玻意尔定律解题的一般步骤：（1）首先确定研究对象，即某一定质量的气体，有时也常假设有一无形袋，从而使变质量气体问题转变为等质量气体的问题。（2）然后确定始末两个状态的压强与体积，并统一单位（不一定都要用国际单位）。（3）最后用玻意尔定律列方程求解，必要时还要考虑解答结果是否合理。