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.