2019-2020学年高中物理 第2章 固体、液体和气体 第6节 气体状态参量课件 粤教版选修3-3

第六节气体状态参量1．处在液体表面层中的分子与液体内部的分子相比有()A．较小的势能B．较大的势能C．相同的势能D．较大的动能【答案】B2．下列有关表面张力的说法不正确的是()A．表面张力的作用是使液体表面伸张B．表面张力的作用是使液体表面收缩C．有些小昆虫能在水面自由行走，这是由于液面有表面张力的缘故D．用滴管滴液滴，滴的液滴总是球形，这是由于表面张力的缘故【答案】A[表面张力的作用效果是使液体表面收缩，由于表面张力，被压弯的液面收缩，使小昆虫浮在液面上；由于表面张力使液滴收缩成球形．]3．(2017年太原名校期末)液体表面张力产生的原因是()A．在液体的表面层，分子间距大，分子之间斥力消失，只有引力B．由于气体分子对表面层液体分子的吸引C．在液体的表面层里，由于分子间距比液体内部大，分子间引力占优势D．由于受到指向液体内的吸引力的作用【答案】C[与气体接触的液体表面分子间距离大于液体内部分子间距离，液体表面层的分子间同时存在相互作用的引力与斥力，但由于分子间的距离大于分子的平衡距离r0，分子引力大于分子斥力，分子力表现为引力，即存在表面张力，表面张力使液体表面有收缩的趋势．故A、B、D错误，C正确．故选C．]4．一支洗净的毛笔浸在水中时，笔毛是松开的；当它被提出水面后笔毛就聚在一起，这是为什么？【答案】见解析[毛笔插入水中后，每根纤维都受各个方向相同的水的作用力，笔毛相当于只受自身弹力的作用，故笔毛是松开的，提出水面后，外层的笔毛受水的表面张力作用，总要使其收缩至最小，因而会收拢在一起．]一、气体的体积1．定义气体分子所能达到的__________，也就是气体充满的容器的容积．2．单位国际单位制中，体积的单位为________，符号：______，常用的单位还有__________、__________，符号分别为________、________．1L＝10－3m3＝1dm3；1mL＝10－6m3＝1cm3．空间米3m3升毫升LmL二、温度和温标1．温度：物体内部分子热运动______________的标志．2．温标：温度的数值表示法，一般有____________和____________两种，国际单位制中，用_________温标表示温度．3．热力学温度：用________________表示的温度，单位：________，符号：______．平均动能摄氏温标热力学温标热力学热力学温标开尔文K4．热力学温度和摄氏温度的大小关系T＝t＋273.15K，近似表示为T＝__________．5．两种温标比较(1)两种温标的零点选取________，热力学温标的零点在摄氏温标的____________．(2)两种温标的分度，即每一度的大小________．t＋273K不同－273.15℃相同三、压强1．定义：气体作用在单位面积上的________叫做压强．2．单位：(1)国际单位：____________，简称：帕，符号：Pa,1Pa＝1N/m2．(2)常用单位：____________(符号：atm)和__________(符号：mmHg).1atm＝1.013×105Pa＝760mmHg．3．决定压强的因素(1)宏观上跟气体的________和________有关．(2)微观上跟气体分子的__________和分子的__________有关．压力帕斯卡标准大气压毫米汞柱温度体积平均动能密集程度气体分子自由移动，如何确定气体的体积？【答案】中学阶段研究被封闭的气体，容器的容积就是被封闭气体的体积．1．温度的宏观意义(1)温度的物理意义：表示物体冷热程度的物理量．(2)与热平衡的关系：各自处于热平衡状态的两个系统，相互接触时，它们相互之间发生了热量的传递，热量从高温系统传递给低温系统，经过一段时间后两系统温度相同，达到一个新的平衡状态．温度和温标2．温度的微观解释(1)物体温度升高时，分子热运动加剧，分子平均动能增大；反之，物体温度降低时，分子热运动减弱，分子平均动能减少．物体的每一温度值都对应着一定值的分子热运动的平均动能值，因此我们说：“温度是物体分子热运动的平均动能的标志．”(2)温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．(3)同一温度下，不同物质(如铁、铜、水、木……)的分子平均动能都相同，但由于不同物质分子的质量不尽相同，所以分子运动的平均速度大小不尽相同．3．两种温标的比较温标摄氏温标热力学温标提出者摄尔萨斯和施勒默尔英国物理学家开尔文零度的规定一个标准大气压下冰水混合物的温度－273.15℃温度名称摄氏温度热力学温度温度符号tT单位名称摄氏度开尔文单位符号℃K关系①T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K②ΔT＝Δt特别提醒：(1)热力学温度的零度叫绝对零度，即－273.15℃，它是低温的极限，可以无限接近但不能达到．(2)温度计读数时，视线应与水银(酒精)液面相平，要放入被测系统中与系统达到热平衡时再读数，不要离开待测系统读数．(体温计因有特殊结构，可离开待测系统后读数)例1关于热力学温度与摄氏温度，下列说法正确的是()A．－33.15℃＝240KB．温度变化1℃，也就是温度变化1KC．摄氏温度和热力学温度的零度是相同的D．温度由t℃升到2t℃时，对应的热力学温度由TK升至2TK题眼直击：摄氏温度与热力学温度的关系．解题流程：答案：AB【题后反思】要知道两个温标及关系，了解绝对零度，可以无限接近但不能达到．1．关于热力学温度的下列说法不正确的是()A．热力学温度与摄氏温度的每一度的大小是相同的B．热力学温度的零度等于－273.15℃C．热力学温度的零度是不可能达到的D．气体温度趋近于绝对零度时，其体积趋近于零【答案】D[热力学温度与摄氏温度的每一度大小是相同的，A正确，热力学温度的零度是摄氏温度的－273.15℃，B正确，热力学温度的零度是低温的极限，是不可达到的，C正确，气体温度趋近于绝对零度时，体积不是零，因任何物体总有一定的体积，D项错误．]1．解释气体压强是大量分子运动的宏观表现，气体的压强就是大量分子频繁碰撞器壁，器壁单位面积上所受分子碰撞的平均作用力．气体压强的微观解释2．决定因素单位体积内分子数越多，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数越多，压强越大；温度高，则分子的平均动能大，分子运动激烈，一方面使单位时间内碰到器壁单位面积上的分子数增多，另一方面也使一个分子与器壁碰撞一次时对器壁的平均冲击力增大，使压强增大．所以气体压强的大小宏观上看跟温度和气体分子的密度有关；微观上看跟单位体积内的分子数和分子的平均速率有关．3．大气压强大气压强由气体的重力产生，如果没有地球引力的作用，地球表面上就没有大气，也就没有大气压．由于地球引力与距离的平方成反比，所以大气压与气体的高度、密度有关，在地面上空不同高度处，大气压强不相等．例2如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中装有与容器容积等体积的水，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的大小决定于哪些因素？(容器容积恒定)(2)若让两容器同时做自由落体运动，容器侧壁上所受压强将怎样变化？解析：(1)对甲容器，上壁的压强为零，底面的压强最大，其数值为p＝ρgh(h为上、下底面间的距离)．侧壁的压强自上而下，由小变大，其数值大小与侧壁上各点距水面的竖直距离x的关系是p＝ρgx，对乙容器，各处器壁上的压强大小都相等，其大小决定于气体分子的密度和温度．(2)甲容器做自由落体运动时器壁各处的压强均为零．乙容器做自由落体运动时，器壁各处的压强不发生变化．答案：见解析【题后反思】气体压强与两个因素有关：一是分子的平均动能，二是分子的密度．它与固体和液体产生压强的影响因素是不同的．2．将H2、N2、O2三种气体分别放入不同容器中，使它们的温度、密度相同，则其压强p大小的关系符合(原子质量H：1、N：14、O：16)()A．p(H2)p(O2)p(N2)B．p(O2)p(N2)p(H2)C．p(H2)p(N2)p(O2)D．p(N2)p(O2)p(H2)【答案】C[气体的压强是气体分子对器壁频繁碰撞产生的，从微观角度考虑，气体压强的大小由两个因素决定：一是气体分子的平均动能，二是分子的密集程度(即单位体积内分子的个数)．将H2、N2、O2三种气体分别放入不同的容器中，由于它们的温度相同，所以它们分子热运动的平均动能相同，因而它们压强的大小由分子的密集程度决定，分子越密集，气体的压强就越大．它们的密度相同，即单位体积内气体的质量m相同，由于不同气体的摩尔质量M不同，所以，单位体积内气体的摩尔数n也就不同．由n＝mM可知，由于M(O2)M(N2)M(H2)，所以有n(O2)n(N2)n(H2)，p(O2)p(N2)p(H2)．]封闭气体压强的计算1．静止或匀速运动系统中压强的计算方法(1)参考液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程消去面积，得到液片两侧压强相等，进而求得气体压强．如图所示，粗细均匀的U形管中封闭了一定质量的气体A，在其最低处取一液片B，由其两侧受力平衡可知(pA＋ph0)S＝(p0＋ph＋ph0)S．即pA＝p0＋ph．(2)力平衡法：选与封闭气体接触的液柱(或活塞、汽缸)为研究对象进行受力分析，由F合＝0列式求气体压强．(3)连通器原理：在连通器中，同一种液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强相等，如图中同一液面C、D处压强相等pA＝p0＋ph．2．容器加速运动时封闭气体压强的计算当容器加速运动时，通常选与气体相关联的液柱、汽缸或活塞为研究对象进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强．如图所示，当竖直放置的玻璃管向上加速时，对液柱受力分析有pS－p0S－mg＝ma，得p＝p0＋mg＋aS．特别提醒：在计算封闭气体的压强，如活塞、水银柱等封闭的气体，在计算敞口容器内的气体时，个别同学时常忘记大气压强，造成结果的错误，处理该类问题时，要养成画示意图的习惯，把各个压强标明，然后依据所处状态，根据相关规律列方程求解．例3如图所示，一横截面积为S的圆柱形容器竖直放置，圆板A上表面是水平的，下表面是倾斜的，且下表面与水平面的夹角为θ，圆板的质量为M，不计一切摩擦，大气压为p0，则被圆板封闭在容器中的气体的压强为()A．p0＋MgcosθSB．p0S＋MgcosθSC．p0＋Mgcos2θSD．p0＋MgS解析：以圆板为研究对象，如下图所示，竖直方向受力平衡pAS′cosθ＝p0S＋MgS′＝Scosθ所以pAScosθ·cosθ＝p0S＋Mg所以pA＝p0＋MgS故此题应选D选项．答案：D【题后反思】在利用静力平衡原理求解压强问题时，要注意两个问题：(1)在进行压强的加减运算时，一定要注意压强单位的统一．(2)静力平衡法只适用于热学系统处于静止或匀速运动状态的封闭气体压强的计算．3．(2018年上海学业考试)如图，竖直放置的U形管内装有水银，左端开口，右端封闭一定量的气体，底部有一阀门．开始时阀门关闭，左管的水银面较高．现打开阀门，流出一些水银后关闭阀门．当重新平衡时()A．左管的水银面与右管等高B．左管的水银面比右管的高C．左管的水银面比右管的低D．水银面高度关系无法判断【答案】D[设外界大气压为p0，两侧水银柱高度差为h，封闭气体的长度为l1，则封闭气体的气压p1＝p0＋ρgh.假设流出一些水银后左右两端液面等高，平衡后封闭气体的气压p2＝p0，则根据玻意耳定律有p1l1＝p2l2，解得l2＝p1l1p2＝p0＋ρghl1p0，则流出水银柱的长度Δl＝h＋2(l2－l1)＝h＋2ρghl1p0.故如果流出的水银柱的长度小于Δl，则左管的水银面比右管的高；如果流出的水银柱的长度大于Δl，则左管的水银面比右管的低；如果流出的水银柱的长度等于Δl，则左管的水银面与右管的等高．故A、B、C错误，D正确．]