第11.1节 气体的状态（解析版）

气体、液体、固体11.1气体的状态🧭目标导航学问要点难易度1.气体的宏观状态参量：体积、温度、压强2.热力学温标：T=t＋273K3.小液片分析法、平衡力分析法★★★

★★★📚学问精讲一、气体宏观状态的描述1.气体的宏观状态用体积（V）、温度（T）、压强（p）来描述。例如：某钢瓶容积为100L，其内煤气温度为20℃时的气压为5atm。2.热平衡将两个温度不同的系统相互接触，这两个系统的状态都会变化，热的变冷，冷的变热。经过一段时间后，这两个系统的状态不再变化，达到平衡，不再进行热传递，这种平衡叫做热平衡。处于热平衡状态的两个系统具有相同的温度，即两个系统不再变化的状态参量是温度T。3.温标和温度为了定量地描述温度，就必需建立温标。常用的温标有摄氏温标、热力学温标等。温度是描述物体冷热程度的宏观物理量，对应于微观的分子平均动能。4.热力学温标热力学温度：用热力学温标表示的温度，用符号T表示。单位是开尔文(K)，简称开，它是国际单位制中七个基本量之一。热力学温度和摄氏温度的关系：T=t＋273K∆T=∆t确定零度也叫低温极限，即T=0K，不行能达到0K，对应于微观的分子平均动能是0。5.气体压强定义：P=FS国际单位是帕斯卡(Pa)气体压强通常用厘米汞柱（cmHg）、标准大气压（atm）表示，1atm=76chHg=1.013×105Pa。试验模拟：如下图所示，把台秤的托盘翻过来放置，将若干小钢珠(或黄豆)连续倒向托盘。小钢珠与托盘撞击后全部都被反弹开，但由于很多小钢珠不断地撞击托盘，托盘就受到一个持续的压力，台秤就会指示这一压力。（雨滴落到伞面，对伞面产生肯定压力是相同现象）气体的压强的产生：气体分子频繁地碰撞容器壁，形成对各处各方向均匀的持续的压力而产生的。影响气体压强的因素：(1)微观：分子的质量、分子运动的速度和单位时间内撞击单位面积器壁的分子数等有关；(2)宏观：温度、体积有关。气体的压强的特点：同一容器中的气体的压强向各个方向的大小都相等，不随深度变化而变化。🚀考点题型考点01：计算密封气体的压强解题方法(1)：小液片分析法。在液柱中界面和相等高度的合适地方，假设存在一个小液片，分析小液片受力状况求解。解题方法(2)：小液片分析法。依据平衡力或建立牛顿其次定律建立方程分析求解,通常选择活塞等为争辩对象。例1.外界大气压为P0，计算下列状况下密封气体的压强。(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)答案：(1)P0(2)P0+ρgh(3)P0-ρgh(4)P0+ρghsinθ(5)P0-ρghsinθ(6)P0-ρgh(7)P0+ρgh(8)P0+ρgh(9)P0-ρgh(10)P0+ρgh(11)P0+MgS(12)P0-FS(13)P0-MgS(14)P0-MgS气缸重力Mg(15)P0+MgS活塞重力Mg，解析：取小液片、活塞为对象进行受力分析。例2.如图所示，一个横截面积为S的内壁光滑圆筒形容器竖直固定放置，容器中静止的金属圆板A的上表面水平，下表面倾斜，下表面与水平面的夹角为。已知圆板质量为M，大气压强为，则容器内气体压强等于（）A. B.C. D.答案：A解析：以活塞为争辩对象分析受力：重力Mg、外界大气压力p0S，气缸壁的压力N和气缸内气体的压力F；

其中，依据平衡条件得p0S+Mg=Fcosα，联立得故选A。✏️巩固练习1.下列单位，属于国际单位制中基本单位的是（ ）（A）牛顿 （B）开尔文（C）焦耳 （D）特斯拉答案：B2.某日气温最低为﹣2℃、最高为7℃，用热力学温标表示该日的最大温差是（ ）（A）5K （B）278K （C）9K （D）282K答案：C解析：∆T=∆t3.在国际单位制中，压强的单位为帕（Pa），用基本单位表示1Pa等于（ ）（A）1cmHg（B）1atm（C）1kgms2（D）答案：C解析：由公式推导导出单位：p=FS=maS，所以C正确。4.如图，由于下落的很多小钢珠不断地撞击托盘，托盘就受到一个持续的压力，这个现象可以类比说明（）（A）气体温度的实质 （B）气体体积的可变性（C）气体压强产生的缘由 （D）气体密度的可变性答案：C解析：小钢珠不断地撞击托盘模拟分子撞击容器壁，产生压强。5.用豆粒模拟气体分子,可以模拟气体压强产生的机理。如图所示,从距秤盘80cm高度把1000粒的豆粒连续均匀地倒在秤盘上,持续作用时间为1s,豆粒弹起时竖直方向的速度变为碰前的一半。若每个豆粒只与秤盘碰撞一次,且碰撞时间极短(在豆粒与秤盘碰撞极短时间内,碰撞力远大于豆粒受到的重力),已知1000粒的豆粒的总质量为100g,则在碰撞过程中秤盘受到的压力大小约为()A.0.2NB.0.6NC.1.0ND.1.6N答案：B解析：由题意知v1==4m/s，v2=-2m/s，依据动量定理F·Δt=Δp，得F=△P/△t=-0.6N，依据牛顿第三定律，秤盘受到的压力大小为0.6N，故B正确。6.如图所示，一端封闭的玻璃管中有一些空气和一段水银柱，将它倒立在水银槽中，上端与弹簧秤相连，则弹簧秤的示数为（）A.玻璃管的重力和弹簧秤的重力之和B.玻璃管的重力和露出液面的那段水银柱的重力之和C.大气向上的压力减去玻璃管的重力D.玻璃管、弹簧秤和露出液面的那段水银柱三者重力之和答案：B解析：F+PS=G管+P0SP=P0-ρgh，所以F=G管+ρghS，即玻璃管的重力和露出液面的那段水银柱的重力之和。7.（多选）如图所示，一玻璃管放在光滑的斜面上，管内气体被液柱封闭，则以下说法正确的是()A．当管自由下滑时，管内气体的压强等于大气压强B．当管以肯定的初速度上滑时，管内气体压强大于大气压强C．当管以肯定的初速度上滑时，管内气体压强小于小气压强D．给管施加外力，使其匀速滑动，管内气体压强大于大气压强答案：AD解析：自由向上，向下滑行均处于完全失重状态。物体在斜面上无摩擦自由下滑，a=gsinα，属于类自由落体。假设有弹簧秤拉着物体一起下滑，弹簧秤示数=0，所以可以理解为完全失重。假如斜面有摩擦，只是a=gsinα+μgcosα，还是类自由落体，完全失重。8．如图，在固定的汽缸A和B中分别用活塞封闭肯定质量的抱负气体，活塞面积之比为SA：SB＝1：2。两活塞以穿过B的底部的刚性细杆相连，可沿水平方向无摩擦滑动。两个汽缸都不漏气。某状态下系统平衡时，A中气体压强为pA＝1.5p0，p0是汽缸外的大气压强，则此时B中气体压强为（）A．0.75p0B．0.25p0C．0.5p0D．p0答案：A解析：对A中气体，有，对B中气体，有联立，可得：，故选A。9.如图所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S。现用水平恒力F向右推汽缸，最终汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p。(已知外界大气压为p0)答案：解析：先用整体法应用牛顿其次定律得到加速度a，再用隔离法分析活塞两边受力。F=(M+m)a(P-P0)S=ma联合求解P=10．若已知大气压强为p0，图中各装置均处于静止状态，液体密度均为ρ，重力加速度为g，下列说法正确的是（）A．甲图中密闭气体的压强大小是p0+ρghB．乙图中密闭气体的压强大小是p0+ρghC．丙图中密闭气体的压强大小是p0－ρghD．丁图中密闭气体的压强大小是p0＋ρgh1答案：D解析：A．甲图中密闭气体的压强大小是p0-ρgh，A错误；B．乙图中密闭气体的压强大小是p0-ρgh，B错误；C．丙图中密闭气体的压强大小是，C错误；D．丁图中密闭气体的压强大小是p0＋ρgh1，D正确。11．如图为一注水的玻璃装置，玻璃管D、E上端与大气相通，利用玻璃管C使A、B两球上部相通，D、C、E三管与两球接口处紧密封接。当A、B、D的水面高度差如图所示时，E管内水相对B中水面的高度差h应等于（）A．0.6m B．0.8mC．1.2mD．1.5m答案：D解析：利用玻璃管C使A、B两球上部相通，可得依据压强关系，，联立可得，故选D。12．如图所示，肯定质量的抱负气体被质量为m的活塞封闭在竖直放置的导热气缸内（活塞与气缸间的摩擦不计），下列操作可使抱负气体压强变大的是（）A．缓慢上升环境温度 B．将整体倒置，气缸开口向下C．用力推气缸，让整体向上加速运动 D．气缸自由下落答案：C解析：A．缸内气体的压强为，则缓慢上升环境温度，缸内气体压强不变，A错误；B．将整体倒置，气缸开口向下，则缸内气体的压强变为，即压强减小，B错误；C．用力推气缸向上加速运动，则对活塞，解得，压强变大，C正确；D．气缸自由下落，则活塞完全失重，则缸内气体的压强变为p0减小了，D错误。13.热力学温标是英国物理学家建立的。在热力学温度中，确定零度是指_______℃，预防新冠肺炎体温检测临界温度是37.3℃，用热力学温度表示则为__________K。答案：开尔文-273.15310.3解析：T=t+273.1514.如右图所示，A、B、C三只相同的试管，用细绳拴住封闭端悬挂在天花板上，开口端插入水银槽中，试管内都封有气体，三管静止时，三根细绳的张力分别为FA、FB、FC，A管内水银面与管外相平，B管内水银面比管外低，C管内水银面比管外高，则三管中气体压强最小的是_____管，FA、FB、FC的大小关系是________。答案：CFC>FA>FB解析：容器底部受力分析F压+F拉=G15.左端封闭右端开口粗细均匀的倒置U形管，用水银封住两部分气体，静止时如图所示，若让管保持竖直状态做自由落体运动，则气体柱Ⅰ长度将_______，气体柱Ⅱ长度将______。（选填：“增大”、“减小”或“不变”）答案：减小不变解析：气体柱I压强P1=P0-ρgh，小于大气压，失重状态液柱不产生压强，气体压强等于大气压，压强变大，体积减小。气体柱II的压强P2=P1+ρgh=P0，失重后压强不变，