第二章 第六节

第页第六节气体状态参量[学习目标]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：(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K；(2)ΔT＝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[导学探究]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．[知识梳理]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12．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(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是()A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值C．摄氏温度升高3℃，在热力学温标中温度升高276.15KD．热力学温度每一开的大小与摄氏温度每一度的大小相等答案AD解析温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项B错误；摄氏温度的每一度与热力学温度的每一开的大小相等，选项D正确；摄氏温度升高3℃，也就是热力学温度升高了3K，故选项C错误．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答案D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.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()图2A．p＝p0＋mg/SB．p＝p0＋(M＋m)g/SC．p＝p0－Mg/SD．p＝mg/S答案C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－eq\f(Mg,S)故C正确．

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答案(1)66cmHg(2)71cmHg(3)81cmHg(4)1.13×105Pa解析(1)pA＝p0－ph＝76cmHg－10cmHg＝66cmHg(2)pA＝p0－ph′＝76cmHg－10sin30°cmHg＝71cmHg(3)pB＝p0＋ph2＝76cmHg＋10cmHg＝86cmHgpA＝pB－ph1＝86cmHg－5cmHg＝81cmHg(4)pA＝p0＋ρ水gh＝1.01×105Pa＋1×103×10×1.2Pa＝1.13×105Pa气体状态参量eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(体积\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(等于容器的容积,单位1m3＝103L＝106mL)),温度\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(摄氏温标,热力学温标))关系：T＝t＋273.15K,压强\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(微观决定因素\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(气体分子的平均动能,气体分子的密集程度)),封闭气体压强的计算))))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．(温标和温度)(多选)下列关于温度的说法正确的是()A．水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的B．水的沸点为100℃，用热力学温度表示即为373.15KC．水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示即为从273.15K升高到373.15KD．水从0℃升高到100℃，用热力学温度表示就是升高了373.15K答案ABC解析水银温度计是根据水银热胀冷缩的性质制造的，A正确；根据T＝t＋273.15K可知，100℃相当于热力学温标373.15K，水从0℃升高到100℃升高了100K，B、C正确，D错误．3．(气体的压强)(多选)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.(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答案65cmHg60cmHg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＋ph1)S，受向上的大气压力为p0S，由于系统处于静止状态，则(pA＋ph1)S＝p0S，所以pA＝p0－ph1＝(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＋ph2)S＝pAS，所以pB＝pA－ph2＝(65－5)cmHg＝60cmHg.题组一温度和温标1．(多选)关于温度的物理意义，下列说法中正确的是()A．温度是物体冷热程度的客观反映B．人如果感觉到某个物体很凉，就说明这个物体的温度很低C．热量会自发地从含热量多的物体传向含热量少的物体D．热量会自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体答案AD解析温度是表示物体冷热程度的物理量，但人们对物体冷热程度的感觉具有相对性，A正确，B错误；热传递的方向是热量自发地从温度较高的物体传向温度较低的物体，而热量是过程量，不能说物体含有多少热量，C错误，D正确．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．(多选)严冬，湖面上结了厚厚的冰，但冰下鱼儿仍在游动．为了测出冰下水的温度，徐强同学在冰上打了一个洞，拿来一支实验室温度计，用下列四种方法测水温，正确的做法是()A．用线将温度计拴牢从洞中放入水里，待较长时间后从水中提出，读出示数B．取一空的塑料饮水瓶，将温度计悬吊在瓶中，再将瓶拴住从洞中放入水里，水灌满瓶后待较长时间，然后将瓶提出，立即读出温度计的示数C．若温度计显示的示数为摄氏温度4℃，即热力学温度4KD．若温度计显示的示数为摄氏温度4℃，即热力学温度277.15K答案BD解析要测量冰下水的温度，必须使温度计与冰下的水达到热平衡时，再读出温度计的示数，可隔着冰又没法直接读数，把温度计取出来，显示的又不是原热平衡状态下的温度，所以选项A错误，B正确．T＝t＋273.15K＝277.15K，选项C错误，D正确．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．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．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1A．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＝pDD．当温度升高时，pA、pB变大，pC、pD也要变大答案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．(多选)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．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9.一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()图2A．此时封闭气体的压强是(L＋h)cmHgB．此时封闭气体的压强是(H－h)cmHgC．此时封闭气体的压强是(H＋h)cmHgD．此时封闭气体的压强是(H－L)cmHg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.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