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1、第三节 气体实验定律一、 考情分析考试大纲考纲解读1.气体实验定律 I2.理想气体 I3.理想气体 I1.理解三个气体实验定律，能结合分子运动论相关内容从微观解释这三个定律，并能用这三个定律解释问题和进行简单的定量计算，没有必要做那些难度很大的计算题。2.要重视气体实验定律的定量计算及图象类的题。二、考点知识梳理 一、气体分子运动的特点1.分子间的距离较大：气体很容易压缩，说明气体分子的间距_。气体分子的平均间距的数量级为10-9m是分子直径数量级10-10m的10倍，故分子间的作用力十分微弱。2.分子间的碰撞频繁：在标准状态下，1立方厘米气体中含有2.71019个分子。大量分子_运动，分子间
2、不断地发生碰撞。在标准状态下，一个空气分子在1 秒内与其它空气分子的碰撞竟达65亿次之多。故分子间的碰撞频繁。通常假定分子之间或分子与器壁之间的碰撞为完全弹性碰撞。3.分子沿各方向运动的时机_：由于大量分子作无规那么的热运动，在某一时刻向任一方向运动的分子都有，就某一个分子在某一时刻，它向哪一方向运动，完全是偶然的。因此，在任一时刻分子沿各方向运动的时机是均等的。4.分子速率按一定规律分布：大量分子做无规那么热运动，速率有大、有小。但分子的速率却按照一定的规律分布。即“_的正态分布规律。当气体温度升高时，速率大的分子数增加，分子平均速率增大，因此，温度越高，分子的热运动越_。(二)、气体状态参
3、量：1.体积V：_。由于气体分子间的平均距离是分子直径的10倍以上，分子间的相互作用力可以认为是零，因而极易流动和扩散，总是要充满整个容器，故气体的体积等于盛气体的容器的容积。单位m3。2.温度T(t)： 1温度：从宏观上看，表示物体的_；从微观上看，是物体内大量分子_的标志，它反映了气体分子无规那么的剧烈程度。2温标：指温度的_。常用温标有_和_两种，所对应的温度叫摄氏温度和热力学温度绝对温度。两种温度的区别与联系如下表：摄氏温度热力学温度表示符号tT单 位摄氏度开尔文，简称开k是七个根本单位之一0度的规 定规定一标准大气压下；冰水混合物的温度为，水的沸点为100规定-273.15为绝对零度
4、，记为0K，实际计算时零度不可到达只可无限接近，是低温的极限1度的划 分将水的冰点0和沸点100之间划分成100等份，每1等份叫1将水的冰点273.15K和沸点373.15K之间划分成100等份，每1等份叫1K联 系T=273+t t=T-273 T=t3.压强P：定义PF/S。气体压强是_的结果，单位Pa。大量气体频繁碰撞器壁的结果。气体分子的平均速率越大，碰撞的频繁程度就越大，碰撞的作用力就越大；气体分子的密度越大，碰撞的频繁程度也越大，所以气体的压强与气体分子热运动的剧烈程度有关，也就是与气体的温度有关，同时还与单位体积中分子的数目有关，对一定质量的气体来说压强与气体的体积有关。三、气体
5、实验定律：1.玻意耳定律：对一定质量的理想气体在T一定时有_或_。2.查理定律：对一定质量的气体在V一定时有：_ (Po为0时气体的压强)或_、_。3.盖吕萨克定律，对一定质量的理想气体在P一定时有_ (Vo的气体0时的体积)或_；_四、理想气体状态方程：1.理想气体：宏观上严格遵守气体_的气体。2.理想气体状态方程：对一定质量的理想气体有_或_3.克拉珀珑方程：对给定状态下的理想气体，P、V、T遵循以下规律_式中P、V、T为确定状态下气体的压强、体积、温度，m为气体质量，M为摩尔质量，R为摩尔恒量R式中Po=1.013105Pa,Vo=22.410-3m3To=273K。即R=8.31J/m
6、ol.k。五、气体实验定律的微观解释： 1.气体压强的微观解释：气体分子与器壁碰撞时对器壁产生瞬时冲量，大量分子对器壁的频繁碰撞那么对器壁产生_的压力，_即为压强。由此可见，气体的压强是大量的气体分子频繁的碰撞器壁的结果。2.气体实验定律的微观解释玻意耳马略特定律的微观解释一定质量的气体，温度不变，即分子的总数和分子的平均速率保持不变。当气体体积减小到原来的几分子一，那么单位体积内的分子数就增大到原来的几倍，气体的压强就增大到几倍。体积增大时，情况恰好相反，结果是一定质量的气体当温度一定时，气体的压强与体积成反比。查理定律的微观解释一定质量的气体，体积保持不变而温度升高时，分子的平均速率增大，
7、因而气体的压强增大。温度降低时，情况恰好相反。盖吕萨克定律的微观解释一定质量的气体，温度升高时，气体分子的平均速率增大，对器壁的碰撞次数增多，那么压强增大。要保持压强不变，只有减少单位体积内的分子数，即增大气体的体积，使压强有减小的趋势。当体积增大到一定程度时，压强增大和减小的两种趋势相抵消，那么能保持压强不变。(六)、理想气体的内能及变化1.理想气体的内能由于理想气体分子间无相互作用力，因此不存在分子势能。所以，理想气体的内能只是气体分子热运动的分子功能总和，只与温度和分子数有关而与体积无关。2.理想气体的内能变化等温变化一定质量的理想气体在温度不变的情况下发生膨胀，由于温度保持不变，所以气
8、体内能不变，即E0，气体膨胀对外做功，故W为负值，由W+QE可知Q应为正值，且W与Q的绝对值相等，由此可知，在等温膨胀过程中，气体要从外界吸热，而全部用于对外做功，其系统内能不变。等容变化在体积不变的情况下，对一定质量的理想气体加热，使它的温度升高，压强增大，所以内能增加，即E0。由于气体未变，外界与气体间不做功，即W0由W+QE知Q=E。由此可知，在等容变化过程中，气体吸收的热量全部用于其内能的增加。如果气体对外放热，就只能以减少气体的内能为代价。等压变化在压强不变的情况下，一定质量的理想气体，温度升高，体积增大。所以内能增加，即E0。气体对外做功，即W0，由W+QE0可知，这时气体应从外界
9、吸收热量且Q的绝对值大于W的绝对值，由此可知，在等压膨胀过程中，气体从外界吸收的热量一局部用于增加气体的内能，一局部用于对外做功。绝热变化物体在状态变化过程中，如果没有与外界发生热交换，这种变化就叫绝热变化。其特点是Q0。因此，在绝热压缩的过程中，外界对气体所做的功，全部用于增加气体的内能，使气体的温度升高。在绝热膨胀过程中，气体对外界做功，完全靠气体内能的减少，因而气体的 温度降低。三、考点知识解读考点1. 气体压强的分析与计算剖析：1封闭气体有两种情况：一是平衡状态系统中的封闭气体，二是变速运动系统中的封闭气体。2封闭气体压强的计算方法：选与气体接触的液柱或活塞、汽缸为研究对象，进行受力分
10、析；再根据运动状态列出相应的平衡方程或牛顿第二定律方程，从而求出压强。3气体压强的计算常要用到以下知识假设液面与外界大气相接触，那么液面下h深处压强p=p0+gh，h为坚直深度。与外界相通时，容器内的压强等于外界气压；用细管相连通的两容器，平衡时两边气体的压强相等。连通器原理：在连通器中，同一种液体中间不间断的同一水平面上压强相等。帕斯卡定律：加在密闭、静止液体或气体上的压强，能够大小不变地由液体或气体向各个方向传递。12-3-1 例题1图13-3-1中气缸静止在水平面上，缸内用活塞封闭一定质量的空气。活塞的的质量为m，横截面积为S，下外表与水平方向成角，假设大气压为p0，求封闭气体的压强p
11、pS1N mg p0S解析：以活塞为对象进行受力分析，关键是气体对活塞的压力方向应该垂直与活塞下外表而向斜上方，与竖直方向成角，接触面积也不是S而是S1=S/cos。因此竖直方向受力平衡方程为：pS1cos=mg+p0S，得p=p0+mg/S。结论跟角的大小无关。【变式训练1】如图12-3-2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，那么弹簧秤的示数为.玻璃管的重力和弹簧秤的重力之和.玻璃管的重力和露出液面的那段水银柱的重力之和12-3-2.大气向上的压力减去玻璃管的重力.玻璃管、弹簧秤和露出液面的那段水银柱三者重力之和解析：设大气压强为，玻璃管内被
12、封闭空气的压强为，将玻璃管和露出液面的那段水银柱进行受力分析分别如图12-3-3甲、乙所示，由平衡条件得对玻璃管12-3-3 对水银柱 式中的、分别为玻璃管和水银柱的质量，为水银柱的横截面积，解以上两式，得 由牛顿第三定律可知，玻璃管对弹簧秤的拉力大小，即弹簧秤的示数为 故，答案为。知识链接及误点警示：此题涉及气体压强的概念问题，压强、体积和温度是气体的三个状态参量。对于一定质量的气体来说，三个参量都不变，那么这一定质量的气体就处于一定的状态中；三个参量同时变或其中的两个发生变化时，我们就说气体的状态改变了。注意，不存在只有一个参量发生变化的情况。这是一道受力分析、平衡条件应用的题目，平衡条件
13、的应用应该是没有什么问题，只要受力分析正确，列出方程求解就可以了。关键在于受力分析时，特别是对于玻璃管的受力分析，容易把玻璃管上端所受的大气压力漏掉，在做类似的题目时应特别注意这一点。考点2. 气体的状态 实验定律的应用剖析：应用气体实验定律求解气体状态变化中的问题关键是确定气体的几个不同状态，对各个状态的状态参量进行分析，准确表示出各个状态的状态参量：P。气体温度。是热力学温度，分析时要注意：绝热、热的良导体、恒温箱装置等字眼，准确判断其温度值。气体的体积V，分析时要注意：液体的不可压缩性与固体总长的不变性。气体的压强P。三个参量中，P的分析内容最丰富，也是力、热综合的渗透点，分析压强紧紧抓
14、住两个根本模型活塞模型、汽缸模型进行分析，一般根据问题的需要，灵活选择，运用平衡条件或牛顿第二定律求解。选取对应的实验定律列方程求解。例题2 内壁光滑的导热气缸竖直放置在盛有冰水混合物的水槽中，用不计质量的活塞封闭压强为、体积为的理想气体。现在活塞上方缓缓倒上沙子，使被封闭气体的体积变为原来的一半，然后将气缸移出水槽，缓缓加热，使气体的温度变为。12-3-4求将气缸刚从水槽中移出时气体的压强及缸内气体的最终体积； 在图12-3-4中画出整个过程中气缸内气体的状态变化大气压强为。 解析：在活塞上方缓缓倒沙的过程中，因气缸导热，所以气缸内被封闭的气体的温度不变，由玻意耳定律得 将气缸移出水槽，缓缓加热至的过程中，气体的压强不变，那么由盖吕萨克定律得 解以上两式，得 12-3-5代入数据，解得
