高二年级物理同步辅导讲座之九

高二年级物理同步辅导讲座之九北京四中年级：高二科目：物理期数：0109编稿：陈素玉审稿：厉璀琳录入：刘红梅教学内容：查理定律，热力学温标，理想气体的状态方程教学目标：1、掌握查理定律，理解气体等容变化的等温线的意义2、理解热力学温标和绝对零度的意义，掌握热力学温度和摄氏温度的换算关系3、掌握理想气体的状态方程教学过程：一、查理定律1、对一定质量的气体：Pt=P0+2730Pt=P0(1+273t)当t=t1时,P1=P0(1+2731t)当t=t2时,P2=P0(1+2732t)P=2730Pt,当t=10C时，P=2730P.2、内容：一定质量的气体，在体积保持不变的情况下，温度每升高或降低10C，增加或降低的压强等于它在00C时压强的2731。Pt=P0+2730Pt=P0(1+273t)3、等容线一定质量的气体，在何种不变的情况下，P-t的关系图线是：一条一次函数图线（1）截距P0（2）斜率k=2730P=tg（3）图线与x轴的交点Pt=0=P0+2730Ptt=-2730C.结论：一定质量的气体，在不同体积下的等容线是一簇一次函数图线，体积越大，图线越靠近t轴，但所有图线与t轴的交点都是-2730C.V1V2二、热力学温标1、热力学温标：也叫绝对温标，由英国的威廉·汤姆逊创立。热力学温度的零度是-273.150C，简称为O开（K），叫做绝对零度。热力学温度与摄氏温度间的关系为：T=t+273.15注意：10C1K，但温度变化10C和变化1K是一样的。2、查理定律引入热力学温标后，查理定律将简化为：11TP=22TP。即：一定质量的气体在体积不变的情况下，其压强与热力学温度成正比。三、理想气体状态方程1、理想气体一、理想气体模型是一种理想化的模型，一种科学的抽象（1）分子本身的大小与它们之间的间距相比可以忽略不计：即分子有质量无大小，可视为质点，表示分子非常稀疏，相互作用力很小。（2）分子间作用力为短程力，忽略不计分子间的相互作用力，分子间只有在相互碰撞或与器壁撞时才有力的作用。（3）分子间或分子与器壁间的碰撞均为弹性碰撞从宏观上说，理想气体严格遵循三个实验定律，而其内能就是内部分子动能的总和，不包含分子势能。因此其内能仅仅为T的函数，与气体体积无关。T，内能；T，内能。在实际中常温常压下的所有真实气体均可近似看作理想气体。2、理想气体状态方程一定质量的理想气体，从初状态（P1，V1，T1）变化到末状态（P2，V2，T2），其压强和体积的乘积与热力学温度的比值是不变的。111TVP=222TVP=恒量例题分析：例1、如图所示，两端封闭、粗细均匀的竖直放置的玻璃管内，有一长为h的水银柱，将管内气体分为A、B两部分，A端空气柱的长度大于B端空气柱的长度。现将其完全插入温度高于室温的热水中去，管内水银柱将如何移动？分析：水银柱原来处于平衡，则可知：PB=PA+h温度升高，两部分气体压强都增大，若两部分气体压强变化不一致，则水银柱所受合外力不为零，水银柱将移动。若PBPA，则向上移动；若PAPB，则向下移动。所以判断水银柱是否移动，即是分析其所受合外力方向如何，就方向两部分气体的压强增大情况。（1）假设法：假设水银柱不动，两部分气体做等容变化。对A气体，由查理定律可得：AATP=AATP''PA'=AATT'PAPA=AATTPA.对B气体，由查理定律可得：BBTP=BBTP''PB'=BBTT'PBPB=BBTTPB.∵TA=TB，TA=TB，PB=PA+hPAPBPA.水银柱上移。（2）图象法在同一P-T图上画出两部分气体的等容线，如图所示。在温度相同时，PBPA,B气体图线斜率较大，从图中可知：PBPA.水银柱上移。例2．一容器的容积为103cm3,内装有一定质量的氧气，压强为3atm,此时温度t=230C,试求此容器中的氧分子个数N=？分析：以气体为研究对象。由于任何1mol的气体在标况下的体积都为22.4L，且含有阿佛加德罗常数个粒子，所以引入标况为气体的末态。初态：P1=3atmV1=103cm3T1=t+273=300K末态：P2=1atmV2=?T2=0+273=273K由理想气体的状态方程有：111TVP=222TVPV2=12211TPTVP=30012731033=2.73103(cm3)=2.73LN=4.222VNA=3.2273.26.0210237.31022(个)。例3．圆柱形气缸质量10kg，倒置在水平粗糙的地面上，气缸内部封有一定质量的空气，缸壁厚度不计，缸内光滑活塞的质量为5kg,截面积为50cm2，当缸内气体温度为270C时，活塞与地面相接触但对地面恰无压力，当缸内气体温度为多少时，气缸壁对地面的压力为零（大气压强为P0=10105pa）。分析：当活塞对地面无压力时，活塞受力如图P0S=P1S+mgP1=P0-Smg=1.0105-41050105=0.9105(pa).当气缸壁对地面压力为0时，缸壁受力如图：P2S=P0S+MgP2=P0+SMg=1.0105+410501010=1.2105(pa).此时气体压强增大，活塞压紧地面，气体体积未发生变化，以气体为研究对象：P1=0.9105(pa).VT1=t+273=300KP2=1.2105(pa)VT2=?由查理定律有：11TP=22TPT2=12PPT1=55109.0102.1300=400(K).课堂练习：1．将一定质量的气体封闭于容器中，下列说法正确的是（）。A、温度下降一半，则压强和体积分别降为原来的一半。B、若压强降为原来的一半，则可能体积增加一倍，温度降低一半。C、若体积增为原来的2倍，则可能压强减小一半，温度不变。D、若压强增为原来的2倍，则可能体积缩小一半，温度升为原来的2倍。2．如图所示，A、B两个一样的气缸中分别盛有等质量的同种气体，温度也相同。A、B气缸中的活塞分别通过滑轮系统挂一重物，质量分别为mA,mB，且mAmB。若不计摩擦，当它们中的气体均升高100C温度后，则（）。A、mB下降的高度比mA大。B、mB下降的高度比mA小。C、mB与mA下降的高度一样大。D、两重物下降高度无法确定谁大。3．一个盛有空气的光滑气缸，底面积为100cm2，缸内有一能上下移动的活塞，活塞重力不计，当缸内气体压强和大气压强相等为105pa，且温度为270C时，活塞离缸底0.6m，在活塞上放一个1000N的重物，活塞下降，缸内体温度为320C，求活塞下降的距离h。4．如图，用销钉固定的活塞将水平放置的容器隔成A和B两部分，其体积之比为VA：VB=2：1，起初A中有温度为270C，压强为1.8105pa的空气，B中有温度为1270C，压强为1.2105pa的空气。拔出销钉使活塞可以无摩擦地移动（无漏气）由于容器壁缓慢导热，最后气体都变成270C，活塞也停住，求最后A中气体的压强。