2021-2022学年高二物理竞赛课件：气体定律与绝对温度

1、气体定律与绝对温度17- 6 气体定律与绝对温度 常数 T 玻意耳定律罗伯特 玻意耳（16271691）首次在自己实验的基础上提出在温度不变的条件下雅克查尔斯（法国人17461823年）发现当压强保持恒定，且不太高的情况下，体积几乎随温度呈线性的变化。热力学温标：与工作物质无关的温标，由英国的开尔 文建立，与摄氏温度的关系为单位为开(K)，称为热力学温度. 常数 P 如果膨胀量远小于原来物体的大小，那么T 1，可将2次方和3次方项忽略，则有即 = 3 的情况。对于固体，如果不是各向同性材料，关系 = 3 失效。线性膨胀对于液体和气体是没有意义的，因为它们不具有固定的形状。练习 一根细长铝棒，在

2、0时为1.0 m长，体积为1.0000 10-3m。当加热到100时，棒长变为1.0025m。在100时，棒的体积约为多少？1.000010-3 m3 (b) 1.002510-3 m3 (c)1.005010-3 m3 (d) 1.007510-3 m3 (e) 2.562510-3 m3* 物 理 应 用: 气油从油箱中溢出例 油箱 在20时，70 L 的汽车油箱装满汽油。车在阳光下油箱温度达到40。你估计有多少汽油从油箱中溢出？解：汽油膨胀可表示为* 物 理 应 用:冰面下的生命低于4 水的反常膨胀 通常情况下，大多数物质只要没有发生相变，都会随温度的升高而均匀膨胀。然而，水却不是这样。

3、在0 时,如果水被加热，其体积收缩，直至达到4。在4 以上的水的行为是正常的，即随着温度的升高体积膨胀。所以水在4 时密度最大。由于低于4 水的反常膨胀，对于任何大面积的水体完全冻结将是非常罕见的，表面的一层冰扮演着绝热层的作用，起到了减少热量流失的作用。如果没有这种特殊且奇妙的水的性质，许多生物将无法生活在这个星球上。在寒冷的冬季水的这种反常膨胀对水生生物的生存具有重要意义。当水从4 冷却到0 时不仅膨胀了，而且冻结成冰时膨胀更多。这就是为什么冰块漂浮在水上，水在结冰时管道破裂的原因。盖吕萨克定律 约瑟夫盖吕萨克（1778年1850年）提出体积恒定的情况下，气体的绝对压强与绝对温度成正比 常

4、数V 概念理解：例 如果你将一个拧紧盖子的玻璃瓶投入火中能发生什么？为什么？解答：瓶子里面不是空的，它充满了空气。火加热瓶内的空气，其温度升高。而玻璃瓶的体积在加热后的变化却很小。根据盖吕萨克定律，瓶子内的空气的压力P将显著增加，足以使瓶子爆炸。玻意耳，查尔斯和盖吕萨克的气体定律组合成一个一定量的气体、绝对压强、体积和绝对温度之间的单一关系式：此关系式表示，当P、V和T中任意两个量变化时，另外一个量也将发生变化。 任何把气球吹起来的人都知道，吹入气球的空气越多，气球就会越大（见图）。事实上，系统的实验表明，在恒定的温度和压强下，一个封闭的容器增加的体积直接与气体的质量成正比。即 其中，n 代表

5、摩尔数，R是普适气体常数，因为它的值是通过实验发现的，对所有气体是相同的。 SI 单位 （17-3） 理想气体定律，或理想气体状态方程我们说“理想”，因为实际的气体并不精确遵循式（17-3），尤其是在高压（和高密度）的情况下，或者当气体接近液化点（或沸点）时。然而，在压强小于大气压，或在其左右时，并且当温度没有靠近气体的液化点时，式（17-3）是相当准确的，并对真实气体是有用的。练习E: 理想气体封装在钢瓶中，在27.0和1atm大气压下。如果没有气体溢出，那么温度提高到127,新的压强将是多少? (a) 1.33 atm; (b) 0.75 atm; (c) 4.7 atm; (d) 0.2

6、1 atm; (e) 1.00 atm。例17-10 在STP条件下1mol气体的体积 在标准温度和压强（STP）下，1 mol任何气体的行为接近理想气体。解：根据方程17-3，则体积V 的解为练习 F: 1.00 mol 理想气体在546 K时（=2273 K）和 2.0atm 绝对压强下体积为多少？ （a）11.2 L，（b）22.4 L，（c）44.8 L， （d）67.2 L，（e）89.6 L。例 氦气球 一个氦气球，假定为一个完美球体，半径18.0 cm。在室温（20），其内部压强为1.05 atm。求要充入气球氦气的摩尔数和氦气质量。解：从球体体积公式得到V： 1.05 atm

7、=1.064105 N/ m 2 20OC=（20+273）K=293 K* 物 理 应 用例 房屋内空气的质量 标准温度和压强（STP）条件下，请估算一下房屋内空气的质量，其尺寸为 空气约为20的氧气（O2）和80的氮气（N2）的混合物。分子质量分别为216u =32u和214u = 28u，平均约 29u。因此，1 mol空气的质量大约为29g = 0.029kg，所以我们的房间空气有：练习 G：一个房间里，在20比在0时，会有（a）更多，（b）更少，或（c）相同的空气质量?一定量的气体 常数 由于n 和 R 是常量，如果现在让 P1, V1 和 T1表示初始的状态，相应的 P2, V2

8、和 T2代表变化以后的状态，那么就可以写为：轮胎中的压力 例17-13 当轮胎冷的时候（10） ，检查轮胎气压为200kPa，行驶100km后，轮胎内温度升高到 40。此时轮胎内的压强是多少？解题思路：因为 V1 = V2 , 则有：绝对压强 P1 =（200 kPa +101kPa）=301kPa温度换算到开尔文温度，并解出P2：减去大气压，表压为 232 kPa，可见有16的增量。这个例子说明了为什么汽车使用手册建议气温低的时候检查轮胎气压。意大利科学家阿伏伽德罗（17761856）认为：在相同温度和压强下，相等体积的气体含有相同数目的分子阿伏伽德罗假说或k = R / NA 称为玻耳兹曼常量例 呼吸 请估算一下呼吸1.0L空气中有多少个气体分子。解：在标准状态下,1 mol空气体积为22.4L，1.0L的空气就是 那么1.0 L 的空气包含： 本章小结原子的典型尺寸为10-10 m。衡量原子或分子质量的单位用u表示，定义为普通碳12（12C）原子质量的1/12。固体、液体和