气体的状态和状态参量

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1、名师点拨学科：物理教学内容：气体的状态和状态参量【基础知识精讲】1. 温度(T或t)(1) 温度是表示物体冷热程度的物理量，标志着组成物体的大量分子的无规则运动的激 烈程度，是气体分子的平均动能大小的宏观标志.(2) 温度的数值表示法叫做温标，用摄氏温标表示的温度叫做摄氏温度，在国际单位制 中采用热力学温标表示的温度叫热力学温度(又叫绝对温度).热力学温度(T)与摄氏温度(t) 的关系：T=273+t.2. 体积(V)(1) 气体分子间距离较大，相互作用力很小，气体分子向各个方向做直线运动直到与其 他分子碰撞或与器壁碰撞才改变运动方向，所以它能充满所能达到的空间.因此气体的体积 是指气体所充满

2、的容器的容积，而绝不是所有气体分子的体积之和.(2) 单位及换算：m3.L.mL1m3=103L=106mL3. 压强(1) 气体的压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的，器壁单位面积上受到的压 力就是气体的压强.(2) 压强在国际单位制中的单位是帕斯卡(Pa)，也用牛顿每平方米(N/m2).常用单位有： 标准大气压(atm)、毫米汞柱(mmHg)换算关系：1(atm)=760(mmHg)=101325(Pa)e105(Pa)1(mmHg)=133.322(Pa)4. 问题不同，用来描述研究对象所用的物理量也不同，描述气体的状态要用体积、压强 和温度这三个物理量.研究这三个量之间的关系，先

3、要保持某个量不变，分别研究另外两个 量之间的关系，然后综合起来导出结论.这是物理学研究和处理问题时经常用到的方法.5. 关于气体压强的计算，通常分为以下两种情况.一是平衡系统中封闭气体压强的计算; 二是加速系统中封闭气体压强的计算.基本方法是:选取适当的研究对象(一般是与气体接触 的液柱、活塞或气缸)，进行受力分析后利用平衡条件和牛顿第二定律列方程求解对活塞受 力分析时，要特别注意内、外气体对活塞的压力，研究加速系统时，必须采用国际制单位【重点难点解析】重点气体压强的概念及计算.难点怎样用平衡条件和牛顿第二定律求气体的压强.1. U形管内被封闭气体压强的研究，可采用“平衡法”、“取等压面法”解

4、决.例如图13.1-1所示，U形管中涂上斜线部分是水银，外界大气压强为P0=75cmHg，则 被封闭在管内的空气柱A和B的压强分别是Pa=，Pb=:图 13.1-1图 13.1-2图 13.1-3解析 本题属于连通器类型.对于A气体可选与A气体接触的5cm液柱或5cm液柱的下 表面为研究对象，利用“平衡法”确定，而B气体可根据连通器原理（等压面法）及平衡条件 确定.解答：（1）选取5cm水银柱为研究对象，受力分析如图13.1-2所示，设管截面积为S, 由平衡条件可得：P0S+ - gh5 - s=pasPA=P0+ p gh5=P0+P5=80cmHg（2）以A气体的下表面为研究对象，根据连通

5、器原理，它与3cm水银柱下表面等压，由 平衡条件可得：P S+P S=P S B 3 A.PB=PA-P3=80-3=77cmHg所以本题答案是：80cmHg,77cmHg2. 被液柱或活塞封闭的气体压强的确定:可以整体或部分为研究对象，进行受力分析后， 利用牛顿第二定律解决.例有一段长为12cm的水银柱，在均匀玻璃中封闭一定质量的气体，若开口向上放置 在倾角为30的光滑斜面上如图13.1-3,在下滑过程中被封闭气体的压强为：（大气压强P0=76cmHg）.A. 76cmHgB.82cmHg C.88cmHg D.70cmHg解析 水银柱不处于平衡状态，但与管加速度相同，所以应以整体为研究对象

6、，求出加 速度后，再对水银柱进行受力分析，根据牛顿第二定律确定密闭气体的压强解答（1）以管和水银柱整体对象算：a=gsin30（2）以水银柱为研究对象（受力分析如图13.1-4），则：P0S+mgsin30 -PS=ma .P=P0=76cmHg图 13.1-4【难题巧解点拨】例1两个半球壳拼成的球形容器内部已抽成真空，球形容器的半径为R，大气压强为 P，使两个半球壳沿图13.1-5中箭头方向互相分离，应施加的力F至少为（）图 13.1-5A.4n R2PB.2n R2PC. n R2PB. 1 n R2P （全国高考题）解析 大气压力垂直器壁作用在整个球形容器的表面如图13.1-6所示.取半

7、球为研究 对象，大气压力的作用等效于作用在半径为R的圆面上（图13.1-7）其值F0=n R2 P，所以， 为了使这两个半球分开，应施加的力至少应为F=F0=n R2P.正确答案为选项C.图 13.1-6 图 13.1-7图 13.1-8Mg cos0A.P0+例2 （1994年全国高考题）如图13.1-8所示，一个横截面积为S的圆筒形容器坚直放 置.金属圆板A的上表面是水平的，下表面的倾斜的，下表面与水平面的夹解为0，圆板的 质量为M.不计圆板A与容器内壁之间的摩擦，若大气压强为P。，则被圆板封闭在容器中的 气体的压强P等于（）P MgB. + cos 0 S cos 0Mg cos2 0C

8、.Po+S一MgD.P0+于解析本题的正确答案是D.要考查的知识点是力的平衡，压强的概念压强等于单位面积上受到的压力，所以许多同学认为F=PScos 0而误得P=P0+Mg cos0正确的分析是：气体对活塞下表面的压力是F=PScos0但压力垂直于接触面，而非坚直向上，对活塞进行正确的受力分析（如图）后，利用平衡条件可得:PS+Mg=F cos0 =P Scos0 cos0MgP=P0+ w【典型热点考题】例 如下图所示，一支质量为m横截面积为S的长直玻璃管开口向下竖直插入水银槽中， 管的封闭端被弹簧秤竖直悬挂着.已知整个系统静止时进入管中的水银柱面比槽中水银面高 出h，水银密度为p，大气压强

9、为P。，设玻璃管厚度不计，试求弹簧秤示数.解析所谓弹簧秤示数，指的是玻璃管对弹簧秤的拉力.根据牛顿第三定律，该拉力又 等于弹簧秤对玻璃管的拉力（设为F），这样，我们便将研究对象转移到了玻璃管上.解：以 管内h高度水银柱为研究对象，设管内空气柱压强为P，由水银柱平衡条件，得：PS+p shg=P0S 则 P=P0-p gh以直玻璃管为研究对象，则玻璃管在竖直方向受力情况如下图所示p招H FL由玻璃管的平衡条件，得：F+PS=P0S+mg，即 F=P0S+mg-PS=mg+p shg）B.升高10C就是升高283KD.降低到-10C就是降到263K）B.所有气体分子的活动空间D.所有气体体积总和的

10、分子【同步达纲练习】1. 关于摄氏温度和热力学温度，以下说法正确的是（A. 10C就是 283KC.-10C等于 263K2. 关于气体体积的说法，正确的是（A. 气体中任一分子的活动空间C.每个分子活动空间的总和E.盛装气体的容器的容积3. 关于密闭容器中气体的压强（A. 是由气体受到的重力产生的B. 是由气体分子间的相互作用（引力和斥力）产生的C. 是大量气体分子频繁地碰撞器壁产生的D. 当容器自由下落时，容器内气体的压强减小到零4. 如下图所示，在一端封闭的U形管中，三段水银柱将三段空气柱A、B、C封在管中， 当竖直放置时，A和B两气柱的下表面在同一水平面上，另两段水银柱长度分别是和h2

11、,以P表示水银的密度，P0表示外界大气压，则下列气体压强的表达式中正确的有()A. P=P ghp gh2B-PA=PBC. Pa=Pc+P gh2D.Pb=P0+ gh15. 关于摄氏温度与热力学温度的下列说法中，正确的是()A. 气体温度升高1C,也就是温度升高1K；温度下降5K,也就是温度降低5CB. 摄氏温度与热力学温度在每一度上是相等的，只是定义的零点起点不同c.摄氏温度有时为负值；温度很低时，热力学温度也可能为负值D. 温度由tC升高到2tC，对应的热力学温度由Tk升高到2Tk6. 如下图所示的密闭容器内，水银柱将气体分成两部分A和B，水银柱不移动，则有 ()A. A、B两部分气体

12、压强不同B. 两部分气体对水银柱的压力大小相等C. 水银柱对容器有向左的压力D. 水银柱对容器有向右的压力B.FbFaFc d.f f f7. A、B、C为三支完全相同的试管，封闭端由悬线挂于天花板上，开口端插入水银槽中， 试管内封有理想气体，三管静止时，三根细线弹力分别为fa、fb、fc，水银面如下图所示， 则()A.FaFbFcC.FcFbFa8. 气体的体积就等于盛装该气体的容器的容积，这是因为气体的压强是由于 产生的，气体压强大小就是气体作用在的压力.气体的温度是的量度.9. 在两端开口的U形管中，右侧直管内有一部分空气被一段水银柱与大气隔开，如下图所示，若再设法向左管内注入一些水银，

13、则平衡后左右两管内水银面高度差将；右管内空气柱长度将.10. 水面上的压强是1atm，水面下 m深处的压强是3atm，合 Pa（取1atm=1.0X 105Pa）.11. 如下图所示，两个气缸内封有一定质量的气体，两活塞通过细杆连接，活塞截面积Sb=2SA,外界大气压为1atm，当活塞平衡时，A缸内气体压强为PA=2atm，则B缸内气体压强 P：为多大？（不计摩擦）12. 一圆形气缸静置于地面上，如下图所示，气缸的质量为M,活塞（连同手柄）质量为m, 气缸内部的横截面积为S,大气压强为P0.现将活塞缓慢上提，求气缸刚离地面时气缸内气 体的压强.【素质优化训练】1. 一定质量的气体，被一段水银柱

14、封闭在粗细均匀的一端开口一端封闭的细长玻璃管 中，当玻璃管作下述运动时，气体压强刚好等于大气压强的是（）A. 玻璃管开口向上保持竖直状态被竖直向上抛出后，当玻璃管向上运动时B. 玻璃管开口向下保持竖直状态被水平抛出后，当玻璃管下落时C. 将玻璃管开口向上放在光滑斜面上自由下滑时，如图13.1-18所示D. 将玻璃管开口向上固定在小车上，当小车沿斜面自由下滑时，如图13.1-19所示图 13.1-19图13.1-.如图13.1-，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. 当管以一定的初速度上滑时，管内气体压强大于大气

15、压强C. 当管以一定的初速度上滑时，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3. 如图13.1-21所示，取一根长1m，两端开口的细玻璃管，一端用橡皮膜封闭，管内 灌满水银后把它开口向下竖直倒立在水银槽中，此时管内的水银面比管外的水银面高出76cm,管顶的橡皮膜向下凹陷状.已知外界大气压强为76cmHg，当把管逐渐倾斜如图中乙、 丙位置时，下列叙述正确的是（）A. 从甲到乙，橡皮膜凹陷程度逐渐变小B. 从甲到乙，橡皮膜凹陷程度不变C. 从乙到丙，橡皮膜凹陷程度逐渐变小D. 从乙到丙，橡皮膜凹出程度逐渐增大图 13.1-21图 13.1-224. 如图13.1-22所示，一段长l=10cm的水银柱在试管中封闭了一段空气柱，试管被固 定在车上与车一同以5m/s2的加速度向左做匀加速直线运动.已知大气压强P75cmHg，g取 1