高考物理总复习气体固体和液体Word下载.docx
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气体作用在器壁单位面积上的压力,大小取决于分子数密度和温度T.
微观:
大量气体分子无规则热运动对器壁碰撞产生的,大小取决于单位体积内的分子数(分子数密度)和分子平均速率.
(3)气体压强的特点:
封闭气体压强处处__相等__.
(4)单位:
国际单位是帕(Pa),常用单位有:
标准大气压(atm)、厘米汞柱(cmHg)和毫米汞柱(mmHg).换算关系是:
1atm=76cmHg=1.013×
105Pa,1mmHg=133Pa.
考点突破
例1关于对气体压强的理解,下列说法正确的是( )
A.气体的压强是由于地球对气体分子的吸引而产生的
B.气体的压强是由于气体分子频繁撞击器壁而产生的
C.气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能
D.某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的
【解析】气体的压强产生的机理是由大量气体分子对器壁不断碰撞而产生的,而不是由地球引力产生的,故A错误、B正确.从微观看,气体压强大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均动能,故C正确.某一密闭容器中各器壁受到的气体压强是相同的,故D正确.
【答案】BCD
【小结】1.气体压强的微观解释
气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的.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.气体分子的平均动能越大,分子越密,对单位面积器壁产生的压力就越大,气体的压强就越大.
2.气体实验定律的微观解释
(1)一定质量的气体,分子的总数是一定的,在温度保持不变时,分子的平均动能保持不变,气体的体积减小到原来的几分之一,气体的密度就增大到原来的几倍,因此压强就增大到原来的几倍.密度减小,情况相反,所以气体压强与体积成反比,这就是玻意耳定律.
(2)一定质量的气体,体积保持不变而温度升高时,分子的平均动能增大,因而气体压强增大;
温度降低,情况相反,这就是查理定律所表达的内容.
(3)一定质量的气体,温度升高时要保持压强不变,只有增大气体体积,减小分子的分布密度才行,这就是盖—吕萨克定律所表达的内容.
针对训练
1.一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度升高,压强增大,则有关原因错误的是(D)
A.温度升高后,气体分子的平均速率变大
B.温度升高后,气体分子的平均动能变大
C.温度升高后,分子撞击器壁的平均作用力增大
D.温度升高后,单位体积内的分子数增多,撞击到单位面积器壁上的分子数增多了
【解析】温度升高后,分子的平均动能增加,根据Ek=mv2知气体分子的平均速率变大,故A、B正确;
温度升高后,分子的平均动能增加,分子撞击器壁的平均作用力增大,故C正确;
体积不变,分子的密集程度不变,单位体积内的分子数不变,撞到器壁单位面积上的分子数增多,故D错误.
气体分子速率分布规律
在一定状态下,气体的大多数分子速率都在某个数值附近,速率离这个数值越远,具有这种速率的分子就越少,即气体分子速率总体上呈现出“中间多,两头少”的分布特征.
例2密闭在钢瓶中的理想气体,温度升高时压强增大.从分子动理论的角度分析,这是由于分子热运动的____________增大了.该气体在温度T1、T2时的分子速率分布图象如图所示,则T1__________(填“大于”或“小于”)T2.
【解析】温度升高时,平均动能增大,气体分子平均速率变大,图象的峰值向速率增大的方向移动,所以T1<
T2.
【答案】平均动能 小于
【小结】决定分子速率分布的两个因素
1.温度 当温度升高时,分子速率增大的概率增大,分子的平均速率增大;
当温度降低时,分子平均速率减小.
2.分子质量 温度相同时,分子质量较大,则分子平均速率较小,分子质量较小,则分子平均速率较大.
2.氧气分子在不同温度下的速率分布规律如图所示,横坐标表示速率,纵坐标表示某一速率内的分子数占总分子数的百分比,由图可知(D)
A.随着温度的升高,氧气分子中速率小的分子所占的比例增大
B.随着温度的升高,每一个氧气分子的速率都增大
C.①状态的温度比②状态的温度高
D.同一温度下,氧气分子呈现“中间多,两头少”的分布规律
【解析】随着温度的升高,氧气分子中速率大的分子所占的比例增大,从而使分子平均动能增大;
故A错误.温度升高使得氧气分子的平均速率增大,不一定每一个氧气分子的速率都增大;
故B错误.由图可知,②中速率大的分子占据的比例较大,则说明②对应的平均动能较大,故②对应的温度较高;
故C错误.同一温度下,中等速率大的氧气分子数所占的比例大,即氧气分子呈现“中间多,两头少”的分布规律;
故D正确.故选D.
► 【p225】
1.气体实验定律
(1)玻意耳定律(等温变化):
①内容:
一定质量的气体,在温度保持不变时,它的压强和体积成反比;
或者说,压强和体积的__乘积__保持不变.
②数学表达式:
__pV=C(常量)或p1V1=p2V2__.
③适用条件:
a.气体质量不变、__温度保持不变__;
b.气体温度不太低(与室温相比)、压强不太大(与大气压相比).
(2)查理定律(等容变化):
一定质量的气体,在体积不变的情况下,它的压强跟热力学温度成__正比__,这个规律叫做查理定律.
__=C(常量)或=或=__.
a.气体的质量、__体积保持不变__;
b.气体压强不太大,温度不太低.
(3)盖—吕萨克定律(等压变化):
一定质量的气体在压强不变的情况下,它的体积跟热力学温度成__正比__.
a.气体质量不变、__压强保持不变__;
b.气体温度不太低、压强不太大.
2.气体实验三定律的比较 气体状态变化图象
定律名称比较项目
玻意耳定律
(等温变化)
查理定律
(等容变化)
盖—吕萨克定
律(等压变化)
数学
表达式
p1V1=p2V2
或pV=C(常量)
=或
=C(常量)
=
或=C(常量)
同一气体
的两条图线
3.理想气体状态方程
(1)理想气体的分子模型:
理想气体是一种理想化模型,其微观模型是:
①分子本身大小可忽略;
②分子间除碰撞外不计分子之间的相互作用力,无分子势能,内能只与__温度__有关;
③分子间的碰撞看成__弹性碰撞__.
实际气体在温度不太低、压强不太大时,可近似看做理想气体.
(2)理想气体状态方程:
一定质量的理想气体发生状态变化时,它的压强与体积的乘积跟热力学温度的比值保持不变,这种关系称为理想气体的状态方程.
=常量或=.
例3如图所示,一定质量的理想气体从状态A变化到状态B,再从状态B变化到状态C.已知状态A的温度为480K.求:
(1)气体在状态C时的温度;
(2)气体从状态A变化到状态B的过程中,在状态B时的温度.
【解析】
(1)A、C两状态体积相等,则有=得
TC=·
TA=K=160K.
(2)由理想气体状态方程得=
TB=TA=K=480K.
【小结】运用气体实验定律和理想气体状态方程解题的一般步骤:
(1)明确所研究的气体状态变化过程;
(2)确定初、末状态压强p、体积V、温度T;
(3)根据题设条件选择规律(实验定律或状态方程)列方程;
(4)根据题意列辅助方程(如压强大小的计算方程等)
(5)联立方程求解.
例4
如图所示,均匀薄壁U形管,左管上端封闭,右管开口且足够长.管的横截面积为S,内装密度为ρ的液体.右管内有一质量为m的活塞搁在固定卡口上,卡口与左管上端等高,活塞与管壁间无摩擦且不漏气.温度为T0时,左、右管内液面高度相等,两管内空气柱长度均为L,压强均为大气压强p0.现使两管温度同时缓慢升高,求:
(1)温度升高到多少时,右管活塞开始离开卡口上升?
(2)温度升高到多少时,左管内液面下降h?
【解析】
(1)活塞未离开卡口前,右管内气体发生等容变化,由查理定律有
刚离开时,由活塞平衡可知p1=p0+
解得T1=T0
(2)随着活塞上升,右管内气体的压强不变;
当左管液面下降h时,左管气体的压强为
p2=p1+2ρgh=p0++2ρgh
对左管气体,由理想气体状态方程有=
解得:
T2=(p0++2ρgh)(L+h)
3.(多选)一定质量的理想气体经历如图所示的一系列过程,ab、bc、cd和da这四个过程中在p-T图上都是直线段,其中ab的延长线通过坐标原点O,bc垂直于ab而cd平行于ab,由图可以判断(BCD)
A.ab过程中气体体积不断减小
B.bc过程中气体体积不断减小
C.cd过程中气体体积不断增大
D.da过程中气体体积不断增大
【解析】由理想气体状态方程=C(常量),整理得:
p=T,在p-T图象中a到b过程斜率不变,不变,则得气体的体积不变,故A错误;
由理想气体状态方程整理得:
p=T,可以判断图象上的各点与坐标原点连线的斜率即为,所以bc过程中气体体积不断减小,cd过程中气体体积不断增大,故B、C正确;
da过程中,Od线的斜率大于Oa线的斜率,减小,则气体的体积变大,故D正确.
4.如图,一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞.已知大活塞的质量为m1=2.50kg,横截面积为S1=80.0cm2;
小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积为S2=40.0cm2;
两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm;
汽缸外大气的压强为p=1.00×
105Pa,温度为T=303K.初始时大活塞与大圆筒底部相距,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K.现汽缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移.忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦,重力加速度大小g取10m/s2.求:
(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,汽缸内封闭气体的温度;
(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强.
(1)设初始时气体体积为V1,在大活塞与大圆筒底部刚接触时,缸内封闭气体的体积为V2,温度为T2.由题给条件得V1=S1+S2①
V2=S2l②
在活塞缓慢下移的过程中,用p1表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得
S1(p1-p)=m1g+m2g+S2(p1-p)③
故缸内气体的压强不变.由盖-吕萨克定律有
=④
联立①②④式并代入题给数据得T2=330K⑤
(2)在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变.设达到热平衡时被封闭气体的压强为p′,由查理定律,有=⑥
联立③⑤⑥式并代入题给数据得
p′=1.01×
105Pa⑦
► 【p227】
理想气体在状态变化中体积V的变化,决定了功W的正负;
温度T的变化,决定了内能变化量ΔU的正、负.因此,综合运用理气体状态方程和热力学第一定律,可解决一些问题.
例5封闭汽缸内一定质量的理想气体由状态A经状态B再变化到状态C,其体积V随热力学温度