G2 高中物理33 23气体状态参量.docx
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G2高中物理3323气体状态参量
学案3 气体状态参量
[目标定位]1.知道描述气体的三个状态参量：
体积、温度和压强.2.理解热力学温标和摄氏温标的区别与联系.3.能用分子动理论和统计观点解释气体的压强．
一、两种温标的关系
1．摄氏温标：
一种常用的表示温度的方法．摄氏温标表示的温度称为摄氏温度，用符号t表示，单位是摄氏度，符号是℃，规定标准大气压下冰水混合物的温度是0℃，水的沸点是100℃.
2．热力学温标：
现代科学中常用的表示温度的方法．热力学温标表示的温度叫热力学温度，用符号T表示，单位是开尔文，符号为K.
3．热力学温度与摄氏温度的关系：
①T＝t＋273.15K，粗略表示：
T＝t＋273K；
②ΔT＝Δt.
说明：
热力学温度的零度叫绝对零度，即－273.15°C，它是低温的极限，可以无限接近但不能达到．
二、压强的微观意义
[问题设计]
气体压强是否与固体和液体的压强一样，也是由气体的重力产生的呢？
答案 不是．
[要点提炼]
1．气体的压强：
气体作用在器壁单位面积上的压力．
2．气体压强的微观决定因素是气体分子的平均动能和分子的密集程度．
（1）密集程度一定时，分子的平均动能越大，分子碰撞器壁时对器壁产生的作用力就越大，气体的压强也就越大．
（2）分子平均动能一定时，气体分子越密集，每秒撞击器壁单位面积的分子数就越多，气体压强就越大．
3．气体压强的宏观决定因素是温度和体积．
三、封闭气体压强的计算
1．取等压面法
根据同种液体在同一水平液面处压强相等，在连通器内灵活选取等压面，由两侧压强相等列方程求气体压强．
例如，图1中同一液面A、C、D处压强相等，则pA＝p0＋ph.图1
2．力平衡法
对于平衡态下用液柱、活塞、气缸等封闭的气体压强，可对液柱、活塞、气缸等进行受力分析，由F合＝0列式求气体压强．
[延伸思考] 若容器处于加速运动状态时，又该如何计算封闭气体的压强呢？
答案 当容器处于加速运动状态时，选与封闭气体接触的物体如液柱、气缸或活塞等为研究对象，由牛顿第二定律求出封闭气体的压强．
一、两种温标的关系
例1
关于热力学温标和摄氏温标，下列说法正确的是（ ）
A．热力学温标中的每1K与摄氏温标中的每1°C大小相等
B．摄氏温度升高1°C等于热力学温度升高274.15K
C．热力学温度升高1K等于摄氏温度升高1°C
D．某物体的摄氏温度为10°C，即热力学温度为10K
解析 热力学温标和摄氏温标尽管是不同标准的计数方式，但仅是起点不同，热力学温标中变化1K与摄氏温标中变化1°C是相同的，故选项A、C正确，B错误．摄氏温度为10°C的物体，其热力学温度为283.15K，选项D错误．
答案 AC
二、压强的微观意义
例2
有关气体压强，下列说法正确的是（ ）
A．气体分子的平均速率增大，则气体的压强一定增大
B．气体分子的密集程度增大，则气体的压强一定增大
C．气体分子的平均动能增大，则气体的压强一定增大
D．气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小
解析 气体的压强在微观上与两个因素有关：
一是气体分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，密集程度或平均动能增大，都只强调问题的一方面，也就是说，平均动能增大的同时，分子的密集程度可能减小，使得压强可能减小；同理，当分子的密集程度增大时，分子的平均动能也可能减小，气体的压强变化不能确定，故正确答案为D.
答案 D
三、封闭气体压强的计算
例3
如图2所示，
活塞的质量为m，缸套的质量为M.通过弹簧吊在天花板上，气缸内封有一定质量的气体．缸套和活塞间无摩擦，活塞面积为S，大气压强为p0.则封闭气体的压强为（ ）
A．p＝p0＋mg/S
B．p＝p0＋（M＋m）g/S图2
C．p＝p0－Mg/S
D．p＝mg/S
解析 对气缸缸套进行受力分析，如图所示．
由平衡条件可得：
p0S＝Mg＋pS
所以p＝p0－
故C正确．
答案 C
例4
求图3中被封闭气体A的压强．其中
（1）、
（2）、（3）图中的玻璃管内都灌有水银，（4）图中的小玻璃管浸没在水中．大气压强p0＝76cmHg.（p0＝1.01×105Pa，g＝10m/s2，ρ水＝1×103kg/m3）
图3
解析
（1）pA＝p0－ph＝76cmHg－10cmHg＝66cmHg
（2）pA＝p0－ph′＝76cmHg－10sin30°cmHg＝71cmHg
（3）pB＝p0＋ph2＝76cmHg＋10cmHg＝86cmHg
pA＝pB－ph1＝86cmHg－5cmHg＝81cmHg
（4）pA＝p0＋ρ水gh
＝1.01×105Pa＋1×103×10×1.2Pa
＝1.13×105Pa
答案
（1）66cmHg
（2）71cmHg （3）81cmHg
（4）1.13×105Pa
气体状态参量
1．（描述气体的状态参量）描述气体的状态参量是指（ ）
A．质量、温度、密度B．温度、体积、压强
C．质量、压强、温度D．密度、压强、温度
2．（两种温标的关系）关于热力学温度与摄氏温度，下列说法正确的是（ ）
A．摄氏温度和热力学温度都不能取负值
B．温度由t（°C）升到2t（°C）时，对应的热力学温度由T（K）升到2T（K）
C．－33°C＝240.15K
D．摄氏温度变化1°C，也就是热力学温度变化1K
3．（气体的压强）对于一定量的稀薄气体，下列说法正确的是（ ）
A．压强变大时，分子热运动必然变得剧烈
B．保持压强不变时，分子热运动可能变得剧烈
C．压强变大时，分子间的平均距离必然变小
D．压强变小时，分子间的平均距离可能变小
4．（封闭气体压强的计算）如图4所示，竖直放置的U形管，左端开口右端封闭，管内有a、b两段水银柱，将A、B两段空气柱封闭在管内．已知水银柱a长h1为10cm，水银柱b两个液面间的高度差h2为5cm，大气压强为75cmHg，求空气柱A、B的压强分别是多少？
图4
题组一 温度和温标
1．关于温度的概念，下述说法中正确的是（ ）
A．温度是分子平均动能的标志，物体温度高，则分子的平均动能大
B．温度是分子平均动能的标志，温度升高，则物体的每一个分子的动能都增大
C．某物体当其内能增大时，则该物体的温度一定升高
D．甲物体的温度比乙物体的温度高，则甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大
2．关于温标，下列说法正确的是（ ）
A．温标不同，测量时得到同一系统的温度数值是不同的
B．不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同
C．温标的规定都是人为的，没有什么理论依据
D．热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系
3．下列关于热力学温标的说法正确的是（ ）
A．1℃就是1K
B．摄氏温度改变1℃，相应热力学温度改变1K，两者是等效的
C．热力学温度大于摄氏温度
D．人体温度37℃也可说成310.15K
题组二 压强的微观意义
4．封闭容器中气体的压强（ ）
A．是由气体的重力产生的
B．是由气体分子间相互作用力（引力和斥力）产生的
C．是由大量气体分子频繁碰撞器壁产生的
D．当充满气体的容器自由下落时，由于失重，气体压强将减小为零
5．下列各组物理量中能决定气体的压强的是（ ）
A．分子的平均动能和分子种类
B．分子密集程度和分子的平均动能
C．分子总数和分子的平均动能
D．分子密集程度和分子种类
6．如图1所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中恰好装满水，乙中充满空气，则下列说法中正确的是（容器容积恒定）（ ）
图1
A．两容器中的压强都是由于分子撞击器壁而产生的
B．两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的
C．甲容器中pA>pB，乙容器中pC＝pD
D．当温度升高时，pA、pB变大，pC、pD也要变大
7．封闭在气缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是（ ）
A．气体的密度增大
B．气体的压强增大
C．气体分子的平均动能减小
D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增多
8．对一定质量的气体，若用N表示单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数，则（ ）
A．当体积减小时，N必定增加
B．当温度升高时，N必定增加
C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化
D．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变
题组三 封闭气体压强的计算
9.一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h，上端空气柱长为L，如图2所示，已知大气压强为HcmHg，下列说法正确的是（ ）
A．此时封闭气体的压强是（L＋h）cmHg图2
B．此时封闭气体的压强是（H－h）cmHg
C．此时封闭气体的压强是（H＋h）cmHg
D．此时封闭气体的压强是（H－L）cmHg
10.如图3所示，一圆筒形气缸静置于地面上，气缸的质量为M，活塞（连同手柄）的质量为m，气缸内部的横截面积为S，大气压强为p0.现用手握住活塞手柄缓慢向上提，不计气缸内气体的质量及活塞与气缸壁间的摩擦，若气缸刚提离地面时气缸内气体的压强为p，则（ ）
A．p＝p0＋
图3
B．p＝p0－
C．p＝p0＋
D．p＝p0－
11.如图4所示，竖直放置的弯曲管A端开口，B端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h1、h2和h3，则B端气体的压强为（已知大气压强为p0）（ ）
A．p0－ρg（h1＋h2－h3）
B．p0－ρg（h1＋h3）图4
C．p0－ρg（h1＋h3－h2）
D．p0－ρg（h1＋h2）
12．一段长为L的汞柱在均匀玻璃管中封住一定质量的气体，若将玻璃管开口向下放置，且管与水平面间的夹角为θ，如图5所示，则被封住气体的压强是多大？
（水银的密度为ρ，大气压强为p0）
1．
答案 B
解析 描述气体的状态参量是指温度、压强和体积，B对．
2．
答案 CD
解析 由热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273.15K知，C正确；摄氏温度与热力学温度在表示温度的变化时，变化的数值是相同的，故D正确．
3．
答案 BD
解析 压强变大时，气体的温度不一定升高，分子热运动不一定变得剧烈，故选项A错误；压强不变时，若气体的体积增大，则气体的温度会升高，分子热运动会变得剧烈，故选项B正确；压强变大时，由于气体温度不确定，则气体的体积可能不变，可能变大，也可能变小，其分子间的平均距离可能不变，也可能变大或变小，故选项C错误；压强变小时，气体的体积可能不变，可能变大，也可能变小，所以分子间的平均距离可能不变，可能变大或变小．故选项D正确．
4．
答案 65cmHg 60cmHg
解析 设管的横截面积为S，选a的下端为参考液面，它受向下的压力为（pA＋h1）S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则（pA＋h1）S＝p0S，
所以pA＝p0－h1＝（75－10）cmHg＝65cmHg，
再选b的左下端为参考液面，由连通器原理知：
液柱h2的上表面处的压强等于pB，则（pB＋h2）S＝pAS，所以pB＝pA－h2＝（65－5）cmHg＝60cmHg.
题组一 温度和温标
1．
答案 A
解析 当温度升高时，分子的平均动能增大，但不一定每个分子的动能都增大；某物体的内能在宏观上由温度、体积决定，当内能增大时不一定是温度升高；甲物体的温度比乙物体的温度高，说明甲物体的分子平均动能大于乙物体的分子平均动能，但由于不知道两物体分子的质量，所以不能说甲物体分子的平均速率比乙物体分子的平均速率大．综上可知，本题选A.
2．
答案 A
解析 温标不同，测量同一系统的温度数值不同，A对，B错．每一种温标的规定都有一定的物理意义，如摄氏温标的0°C表示标准大气压下冰的熔点，100°C为标准大气压下水的沸点，C错．热力学温标和摄氏温标在数值上有T＝t＋273.15K，D错．
3．
答案 BD
解析 由T＝t＋273.15K可知，摄氏温度改变1°C，热力学温度就改变1K．当人体温度为37°C时，利用T＝t＋273.15K得T＝310.15K，故选项B、D正确．
题组二 压强的微观意义
4．
答案 C
解析 气体的压强是大量气体分子频繁碰撞器壁产生的，气体分子的热运动不受重力、超重、失重的影响，所以只有C正确．
5．
答案 B
解析 气体的压强是由大量气体分子碰撞器壁产生的，气体分子的密集程度越大（即单位体积内分子数越多），在单位时间内撞击器壁单位面积的分子数就越多，则气体的压强越大．另外，气体分子的平均动能越大，分子撞击器壁对器壁产生的作用力越大，气体的压强就越大．故决定气体压强的因素是分子密集程度和分子的平均动能，故B项正确．
6．
答案 C
解析 甲容器压强产生的原因是水受到重力的作用，而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁，A、B错；水的压强p＝ρgh，hA>hB，可知pA>pB，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，pC＝pD，C对；温度升高时，pA、pB不变，而pC、pD变大，D错．
7．
答案 BD
解析 当气体体积不变时，气体分子的密集程度不变，温度升高，气体分子的平均动能增大，所以单位时间内气体分子对单位面积器壁碰撞次数增多，故气体的压强增大，B、D选项正确．
8．
答案 C
解析 由于气体压强是大量气体分子频繁碰撞器壁产生的，其值与分子密度及分子平均动能有关．对一定质量的气体，压强与温度和体积有关．若压强不变而温度发生变化时，或体积发生变化时即分子密度发生变化时N一定变化，故C正确，D错．而V减小、温度也减小时N不一定增加，A错；当温度升高、同时体积增大时N不一定增加，故B项错．
题组三 封闭气体压强的计算
9.
答案 B
解析 取等压面法，选管外水银面为等压面，则由p气＋ph＝p0，得p气＝p0－ph，即p气＝（H－h）cmHg，B项正确．
10.
答案 D
解析 对气缸有Mg＋pS＝p0S，p＝p0－
，选D.
11.
答案 B
解析 需要从管口依次向左分析，中间气室压强比管口低ρgh3，B端气体压强比中间气室低ρgh1，所以B端气体压强为p0－ρgh3－ρgh1，选B项．
12．答案 p0－ρgLsinθ
解析 设被封住气体的压强为p，则分析水银柱，其处于平衡状态，设水银柱的横截面积为S，则有pS＋ρgLSsinθ＝p0S，p＝p0－ρgLsinθ.当封闭气体的液柱倾斜时，其产生的压强ρgh中的h是竖直高度．
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