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高一物理:气体的状态参量

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  • 卖家[上传人]:suns****4568
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    • 1、B.气体的压强与体积的关系,1.气体的状态参量,1.气体的状态参量,大家谈 气体是物质存在的一种状态,你认为气体有哪些性质?应该如何来描述气体的状态?,思考:快速压缩气体的现象(打气筒给自行车轮胎充气),筒内的气体将发生怎样的变化?,气体的体积、压强、温度均发生变化。,气体的状态参量:体积、压强和温度,(1)气体的体积 Volume,气体无一定的体积,气体分子所能达到的空间范围称为气体的体积,用字母V来表示。 体积的国际单位是m3(立方米),深入理解:容器的容积即为气体的体积,常用的单位还有“升”,符号是“L”。1L=1dm3,1m3=103L=106m L。,(2)气体的温度 Temperature,描述物体冷热程度和物理量 气体温度是气体平均动能的量度 国际单位是K(开尔文) 常用温度 t 单位是(摄氏度) T=273 + t,(3)气体的压强 pressure,容器壁单位面积上所受的压力就是气体的压强 p = F/S 国际单位:Pa(帕斯卡) 大气压强为:相当于76厘米汞柱产生的压强 p0 = gh =13.6 103 9.8 0.76 =1.013105 Pa,思考:气体的压强

      2、是怎样产生的?,压强的微观本质,由于气体内大量分子做无规则运动过程中,对容器壁频繁撞击的结果。,气体压强的计算,用液体封闭气体 如图所示,一粗细均匀、竖直开口向上的玻璃管子内用长为h 、密度为的液柱封闭了一段空气。若玻璃管横截面积为S,外界大气压强为p0,求管内被封闭气体的压强。,p = p0 + mg/s = p0 + vg/s p = p0 + hsg/s p = p0 + gh,计算图中各情况下,被封闭气体的压强。 (外界大气压强 p0 =75厘米汞柱, 图中液体为水银),P1=1.01*105 Pa P2=0.67*105 Pa P3=0.83*105 Pa P4=0.67*105 Pa P5=1.17*105 Pa,公式 p = p0 gh,h 表示液面高度差 当液柱压缩封闭气体时取“ + ”号 当液柱有使气体体积增大趋势时取“ - ”号,如图所示,在一端封闭的U形管内,三段水银柱将空气柱A、B、C封在管中,在竖直放置时,AB两气柱的下表面在同一水平面上,另两端的水银柱长度分别是h1和h2,外界大气的压强为p0,则A、B、C三段气体的压强分别是多少?,pA= pB = p0

      3、+ gh2,pC = pB gh1 = p0 + g(h2 h1),四个长方体容器中被光滑的活塞封闭一定质量的气体。 如图414所示,M为重物质量,F是外力, p0为大气压,S为活塞面积,m为活塞质量,则压强各为:,p0,p0 +(M+m)g/S,p0 +F/S-mg/S,p0 -F/S+mg/S,公式 p = p0 F/S,F为垂直于S的作用力,若不垂直则可进行分解求出其垂直分力 当F有压缩封闭气体作用时取“ + ”号 当F有使封闭气体体积增大趋势时取“ - ”号,如图所示,一个横截面积为S的圆柱形容器竖直放置,金属圆板的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为。圆板质量为M,不计圆板与内壁间的摩擦,若大气压为p0,则被圆板密封的容器内的气体的压强p等于: Ap0(Mgcos/S) B(p0/cos)(Mg/Scos) Cp0(Mgcos2/S) Dp0(Mg/S),解:以活塞为研究对象,分析活塞的受力情况,如图所示,由于活塞处于静止状态,活塞所受的力在竖直方向的分量和一定为零。则有 p0SMgpScos0 其中S是金属圆板下表面的面积, 显然 SS/cos 由(1)(

      4、2)两式解得 pp0Mg/S 因此,正确的选项是D。,如图气缸固定,活塞质量为m=1.00千克,面积S=100厘米2。重物质量 为M=1.50千克,活塞与气缸壁之间的摩擦不计,活塞不漏气。大气压强为Po=1.0105 帕。把整个装置放在升降机的水平地板上,当升降机以a=6.00米/秒2的加速度匀加速上升时,封闭气体的压强为多大(g取10米/秒2)?,解:以活塞和重物为整体受力分析对象。受力情况如右图所示(M+m)g为整体重力,PoS为大气压力,PS为气缸内气体的压力。根据牛顿第二定律有:PS-(PoS+Mg+mg)=(M+m)a P=Po+ =1.0105+(1.5+1.0)(10+6.00)/(10010-4) =1.04105帕 即封闭气体压强为1.04105帕。,如图所示,两个气缸A和B被活塞各封住一部分气体,活塞面积比SA:SB = 2:1,气缸A内气体压强pA =10 atm (标准大气压),外界为一个标准大气压,则气缸B中气体压强pB = 个标准大气压。,对活塞整体受力分析 根据平衡条件 PASA+P0SB=PBSB+P0SA,2.气体的压强与体积的关系,演示实验 在一只锥

      5、形瓶中放入一个气球,把气球的开口翻在锥形瓶的瓶颈上,然后向气球吹气,将会发生什么现象?为什么?,历史回眸,玻意耳首先研究的对象是空气。通过对空气物理性质的研究,特别是真空实验,他认识到真空所产生的吸力乃是空气的压力。他做了一系列实验来考察空气的压力和体积的关系,并推导出空气的压力和它所占体积之间的数学关系-“空气的弹性和它的体积成反比”。,英国科学家罗伯特玻意耳 ,怀疑派化学家,誉称“玻意耳把化学确立为科学”。,探索研究 (DIS实验),实验装置,玻意耳定律,表述一:一定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积成反比。 表述二:一定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积的乘积不变。 玻意耳定律的数学表达式: 适用条件:压强不太大(与大气压相比)温度不太低(与室温相比)。,气体的等温变化图象,(1)等温图象的特点:等温线是双曲线,温度越高,其等温线离原点越远。 如图所示:两条曲线分别对应的温度为: T1T1 。,例题 某个容器的容积是10L,所装气体的压强是20105Pa。如果温度保持不变,把容器的开关打开以后,容器里剩下的气体是原来的百分之几?设大气压是1.0105Pa。,解 设容器原装气体为研究对象。 初态 p1=20105Pa V1=10L T1=T 末态 p2=1.0105Pa V2=?L T2=T 由玻意耳定律 p1V1=p2V2得 即剩下的气体为原来的5。,应用玻意尔定律解题的一般步骤:,(1)首先确定研究对象,即某一定质量的气体,有时也常假设有一无形袋,从而使变质量气体问题转变为等质量气体的问题。 (2)然后确定始末两个状态的压强与体积,并统一单位(不一定都要用国际单位)。 (3)最后用玻意尔定律列方程求解,必要时还要考虑解答结果是否合理。,

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