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2019-2020年高二物理 氣體的狀態(tài)參量知識(shí)精講 新人教版 【本講教育信息】 一. 教學(xué)內(nèi)容： 氣體的狀態(tài)參量 二. 知識(shí)要點(diǎn)： （一）氣體的狀態(tài)參量 1. 氣體的溫度 （1）溫度是表示物體冷熱程度的物理量，是分子熱運(yùn)動(dòng)平均動(dòng)能的標(biāo)志。 （2）溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)。 溫度的數(shù)值表示法叫溫標(biāo)。 熱力學(xué)溫標(biāo)是英國(guó)科學(xué)家開(kāi)爾文創(chuàng)立的。單位為開(kāi)（K），把作為零度，又叫絕對(duì)零度，每一度的大小與1℃大小相等，熱力學(xué)溫度（又稱(chēng)絕對(duì)溫度）T與攝氏溫度間的關(guān)系：。 2. 氣體的體積 （1）氣體的體積指氣體分子所能達(dá)到的空間。在容器內(nèi)的氣體，體積為容器容積。 （2）單位：米3（m3）、升（L）、毫升（mL）。 3. 氣體的壓強(qiáng) （1）是由于大量氣體分子對(duì)器壁頻繁地碰撞而產(chǎn)生的。 （2）決定因素：?jiǎn)挝惑w積中的分子數(shù)：分子的平均動(dòng)能。 （3）單位 國(guó)際單位為帕斯卡，符號(hào)為。 其它常用單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（），厘米汞柱（cmHg）。 換算： （） 三. 熱學(xué)知識(shí)點(diǎn)精析： （一）分子動(dòng)理論要點(diǎn) 1. 用阿伏伽德羅常數(shù)估算有關(guān)物理量 阿伏伽德羅常數(shù)是宏觀物理量（物質(zhì)的體積V、物質(zhì)的質(zhì)量、物質(zhì)的密度，摩爾體積、摩爾質(zhì)量M）和微觀物理量（分子體積、分子質(zhì)量、分子數(shù)）之間聯(lián)系的橋梁。 （1）分子的質(zhì)量 （2）固體、液體分子的體積 （3）分子數(shù) [例1] 已知水的密度為，摩爾質(zhì)量是0.018kg/mol，水分子的直徑約為 ，試由此推算阿伏伽德羅常數(shù)的數(shù)值（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。 解析：水的摩爾體積為： 一個(gè)水分子的體積為： 阿伏伽德羅常數(shù)為，則： 2. 布朗運(yùn)動(dòng) 在顯微鏡下看到懸浮在液體中的花粉顆粒永不停息的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，顆粒越小，運(yùn)動(dòng)越明顯；溫度越高，運(yùn)動(dòng)越劇烈，布朗運(yùn)動(dòng)是固體小顆粒的運(yùn)動(dòng)，不是液體分子的運(yùn)動(dòng)，是液體分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映。 [例2] 下列有關(guān)布朗運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法，正確的是（ ） A. 液體的溫度越高，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯 B. 液體的溫度越低，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯 C. 懸浮的顆粒越大，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯 D. 懸浮的顆粒越小，布朗運(yùn)動(dòng)越明顯 解析：布朗運(yùn)動(dòng)是微小顆粒因?yàn)槭艿揭后w或氣體分子的無(wú)規(guī)則不平衡沖撞而被動(dòng)的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)，通過(guò)它可以顯示出液體或氣體分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)。根據(jù)分子動(dòng)理論，溫度越高，分子的無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)越劇烈，由此引起的微小顆粒的運(yùn)動(dòng)也越明顯；在此過(guò)程中，如果顆粒越小，體積越小，則在某一瞬間與它碰撞的分子數(shù)也比較少，小顆粒受到各個(gè)方向的沖量就顯得越不平衡，因此布朗運(yùn)動(dòng)就越明顯。由此可知，正確選項(xiàng)應(yīng)為A、D。 3. 分子間的相互作用力 （1）分子間同時(shí)存在著引力和斥力，引力和斥力都隨分子間距離的增大而減小，且斥力比引力減小得快。 （2）分子力是分子間引力和斥力的合力，其變化規(guī)律為： ① 當(dāng)分子之間距離為時(shí)，分子引力等于分子斥力，故分子力表現(xiàn)為零 ② 當(dāng)分子之間距離大于時(shí)，分子引力大于分子斥力，分子力表現(xiàn)為引力；且隨的增大先增大后減小 ③ 當(dāng)分子之間距離小于時(shí)，分子引力小于分子斥力，其分子力表現(xiàn)為斥力。且隨的減小而增大。 （3）分子力做正功、分子勢(shì)能減??；分子力做負(fù)功，分子勢(shì)能增大。 [例3] 如圖1所示，甲分子固定在坐標(biāo)原點(diǎn)O，乙分子位于軸上，甲分子對(duì)乙分子的作用力與兩分子間距的關(guān)系如圖所示，為斥力，為引力，、、、為軸上的四個(gè)特定位置?，F(xiàn)把乙分子從點(diǎn)由靜止釋放，則（ ） A. 乙分子從到做加速運(yùn)動(dòng)，由到做減速運(yùn)動(dòng) B. 乙分子由到做加速運(yùn)動(dòng)，到達(dá)時(shí)速度最大 C. 乙分子由到的過(guò)程中，兩分子間的勢(shì)能一直減小 D. 乙分子由到的過(guò)程中，兩分子間的勢(shì)能一直增加 圖1 解析：乙分子從到的過(guò)程，分子之間均表現(xiàn)為引力，顯然乙分子始終做加速運(yùn)動(dòng)，且到達(dá)點(diǎn)時(shí)速度最大，故A錯(cuò)B對(duì)；乙分子從到的過(guò)程中，引力一直做正功，分子勢(shì)能一直減小，故C正確；乙分子從到的過(guò)程中，引力做正功，分子勢(shì)能仍在減小，從到的過(guò)程中，斥力做負(fù)功，分子勢(shì)能增加，根據(jù)這兩點(diǎn)分析，故D錯(cuò)。綜上所述，本題正確的選項(xiàng)為B、C。 （二）物體的內(nèi)能要點(diǎn) 1. 熱力學(xué)第一定律的有關(guān)計(jì)算 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題時(shí)，要特別注意符號(hào)法則的應(yīng)用；若外界對(duì)物體做功，W取正值；若物體對(duì)外界做功，W取負(fù)值，若物體吸熱，Q取正值；若放熱，Q取負(fù)植。若，說(shuō)明內(nèi)能增大，若，說(shuō)明內(nèi)能減小。 應(yīng)用時(shí)，要注意特別分清是外界對(duì)物體做功，還是物體對(duì)外界做功；物體是吸熱，還是放熱；最后，由的正負(fù)確定內(nèi)能是增大還是減小。 [例4] 一定量的氣體吸收熱量，體積膨脹并對(duì)外做功，則此過(guò)程的末態(tài)和初態(tài)相比（ ） A. 氣體內(nèi)能一定增大 B. 氣體內(nèi)能一定減小 C. 氣體內(nèi)能一定不變 D. 氣體內(nèi)能是增是減不能確定 解析：做功和熱傳遞是改變物體內(nèi)能的兩種方式，物體的內(nèi)能是否改變，不僅要看做功情況，還要考慮吸熱情況，根據(jù)符號(hào)法則氣體吸熱Q取正值，氣體膨脹對(duì)外做功W取負(fù)值，Q和W的數(shù)值大小不確定，由知，的符號(hào)也無(wú)法確定，氣體內(nèi)能可能增大也可能減小，也可能不變，故選項(xiàng)D正確。 2. 能的轉(zhuǎn)化和守恒 能的轉(zhuǎn)化和守恒是自然界的四大守恒定律之一，應(yīng)用時(shí)注意該定律與其他規(guī)律結(jié)合的綜合應(yīng)用問(wèn)題。 [例5] 如圖2所示，兩端足夠長(zhǎng)的敞口容器中，有兩個(gè)可以自由移動(dòng)的光滑活塞A和B，中間密封一定質(zhì)量的空氣，現(xiàn)有一塊粘泥C以的動(dòng)能沿水平方向飛撞到A并粘在一起，由于活塞的壓縮，使密封氣體的內(nèi)能增加，設(shè)A、B、C質(zhì)量相等，則密封空氣的絕熱狀態(tài)的變化過(guò)程中，內(nèi)能增加的最大值是多少？ 圖2 解析：本題分兩個(gè)物理過(guò)程：C與A碰撞的過(guò)程，AC壓縮氣體且通過(guò)氣體與B相互作用的過(guò)程。 A與C碰撞，動(dòng)量守恒，故可得： ① A、C壓縮氣體且通過(guò)氣體與B相互作用的過(guò)程，由動(dòng)量守恒和能的轉(zhuǎn)化和守恒得： ② ③ 解以上三式可得： 3. 熱力學(xué)第二定律的有關(guān)問(wèn)題 [例6] 根據(jù)熱力學(xué)定律，下列判斷正確的是（ ） A. 我們可以利用高科技手段，將流散到周?chē)h(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來(lái)加以利用 B. 制造出一種熱機(jī)，利用淺層海水和深層海水間的溫差，將海水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，這在原理上是可行的 C. 制冷系統(tǒng)能將冰箱內(nèi)的熱量傳給外界較高溫度的空氣而不引起任何變化 D. 滿足能量守恒定律的客觀過(guò)程都可以自發(fā)地進(jìn)行 答案：正確選項(xiàng)為B。 （三）氣體的性質(zhì)要點(diǎn) 1. 溫度的意義 從宏觀上講，溫度是表示物體的冷熱程度的物理量。從微觀上講，溫度是物體分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度越高，物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動(dòng)越劇烈。 [例7] 一房間內(nèi)，上午10時(shí)的溫度為15℃，下午2時(shí)的溫度為25℃，假設(shè)大氣壓無(wú)變化，則下午2時(shí)與上午10時(shí)相比較，房間內(nèi)的（ ） A. 空氣密度增大 B. 空氣分子的平均動(dòng)能增大 C. 空氣分子的速率都增大 D. 空氣質(zhì)量增大 解析：本題主要考查溫度的微觀意義、壓強(qiáng)的微觀意義以及氣體狀態(tài)參量之間的關(guān)系。 在溫度由15℃變?yōu)?5℃時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均速率增大，但對(duì)每一個(gè)分子來(lái)說(shuō)，其速率不一定增大。氣體的壓強(qiáng)決定于兩個(gè)因素，一是氣體分子數(shù)密度，二是氣體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，溫度升高，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)平均速率增大，要使壓強(qiáng)不變，分子數(shù)密度必減小，給定體積內(nèi)的氣體質(zhì)量也一定減小。 由以上分析知，正確選項(xiàng)應(yīng)為B。 2. 壓強(qiáng)的意義及有關(guān)的計(jì)算問(wèn)題 容器中的大量氣體分子對(duì)器壁頻繁碰撞，就對(duì)器壁產(chǎn)生了一個(gè)持續(xù)的均勻的壓力，而器壁單位面積上受到的壓力就是氣體的壓強(qiáng)。氣體的壓強(qiáng)決定于兩個(gè)因素，一是氣體分子數(shù)密度，二是氣體分子運(yùn)動(dòng)的劇烈程度。當(dāng)氣體的分子數(shù)密度增大時(shí)，單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積的碰撞次數(shù)增多，可使壓強(qiáng)增大，當(dāng)分子熱運(yùn)動(dòng)加劇時(shí)，一方面可使氣體分子單位時(shí)間內(nèi)對(duì)器壁單位面積的碰撞次數(shù)增多，另一方面，可使氣體分子每次與器壁碰撞時(shí)的沖量增大，這兩個(gè)方面都將使氣體的壓強(qiáng)增大。 [例8] 對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體，下列說(shuō)法正確的是（ ） A. 體積不變，壓強(qiáng)增大時(shí)，氣體分子的平均動(dòng)能一定增大 B. 溫度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，氣體的密度一定減小 C. 壓強(qiáng)不變，溫度降低時(shí)，氣體的密度一定減小 D. 溫度升高，壓強(qiáng)和體積都可能不變 解析：本題考查溫度的意義、壓強(qiáng)的意義以及三個(gè)狀態(tài)參量之間的關(guān)系。 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，體積不變，氣體分子數(shù)密度不變，若壓強(qiáng)增大，必是溫度升高，而溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能將增大。A對(duì)。 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，氣體分子熱運(yùn)動(dòng)的劇烈程度不變，壓強(qiáng)減小時(shí)，必是分子數(shù)密度減小，所以B對(duì)。 對(duì)于一定質(zhì)量的氣體，要使壓強(qiáng)不變，溫度降低，分子熱運(yùn)動(dòng)劇烈程度降低，分子數(shù)密度必增大，C錯(cuò)。 同理，D錯(cuò)。 本題正確選項(xiàng)為A、B 3. 氣體狀態(tài)參量之間的關(guān)系 氣體狀態(tài)參量之間存在著密切關(guān)系，正確分清它們之間的關(guān)系，是解答這類(lèi)問(wèn)題的關(guān)鍵。 [例9] 某一恒溫水池（溫度遠(yuǎn)低于100℃）底部有一氣泡從池底緩慢上升，氣泡內(nèi)氣體可視為理想氣體，在氣泡上升的過(guò)程中，氣體質(zhì)量不變，則下列判斷正確的是（ ） A. 氣泡內(nèi)氣體分子平均動(dòng)能增大 B. 氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能增大 C. 氣泡內(nèi)氣體分子平均距離增大 D. 氣泡內(nèi)氣體向外放熱 解析：解答本題首先要弄清氣泡在恒溫水池中緩慢上升以及該過(guò)程中各狀態(tài)參量的變化“緩慢”意味著氣泡內(nèi)氣體在每個(gè)狀態(tài)下均與外界都達(dá)到了熱平衡和力平衡。因此，上升過(guò)程中，氣泡內(nèi)氣體的溫度保持不變，而壓強(qiáng)逐漸減小。 溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度不變，分子熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能亦不變，由于壓強(qiáng)減小，氣泡內(nèi)氣體體積必然膨脹，即單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，氣體分子間的平均距離增大。 物體內(nèi)能是物體中所有分子做熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢(shì)能的總和。對(duì)一定質(zhì)量的理想氣體而言，由于忽略了分子間的相互作用力，其內(nèi)能即是分子總動(dòng)能，由溫度唯一決定，所以氣泡內(nèi)氣體的內(nèi)能應(yīng)保持不變。 氣泡上升過(guò)程中，體積膨脹，外界對(duì)氣體做負(fù)功，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，，，則，即氣體必從外界（恒溫水池）吸熱。 綜合以上分析可知，正確選項(xiàng)為C。 點(diǎn)撥：本題綜合考查對(duì)熱運(yùn)動(dòng)基本概念的理解，宏觀量與微觀量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及熱力學(xué)第一定律。解答時(shí)特別注意對(duì)“緩慢”的理解。 【模擬試題】（答題時(shí)間：40分鐘） 1. 氣體對(duì)器壁有壓強(qiáng)的原因是（ ） A. 單個(gè)分子對(duì)器壁碰撞產(chǎn)生壓力 B. 幾個(gè)分子對(duì)器壁碰撞產(chǎn)生壓力 C. 大量分子對(duì)器壁碰撞產(chǎn)生壓力 D. 以上說(shuō)法都不對(duì) 2. 氣體體積減小時(shí)壓強(qiáng)增大，是指（ ） A. 一定體積的氣體 B. 一定質(zhì)量的氣體 C. 一定壓強(qiáng)的氣體 D. 一定質(zhì)量溫度不變的氣體 3. 一定質(zhì)量的氣體，如果保持氣體的體積不變則（ ） A. 氣體的溫度降低，壓強(qiáng)一定變小 B. 氣體的溫度升高，壓強(qiáng)可能變小 C. 氣體的溫度降低，壓強(qiáng)一定變大 D. 氣體的溫度變化時(shí)，壓強(qiáng)可能不變 4. 一定質(zhì)量的氣體，如果保持氣體的體積不變，氣體的溫度升高，那么下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ） A. 氣體的壓強(qiáng)增大 B. 單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)器壁碰撞的次數(shù)增多 C. 氣體分子對(duì)器壁碰撞的平均作用力增大 D. 氣體分子的密度變大 5. 把注射器的活塞壓向玻璃管內(nèi)，會(huì)有空氣從注射器的小孔流向外界，這是由于（ ） A. 注射器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)比外界氣體壓強(qiáng)小 B. 注射器內(nèi)的氣體壓強(qiáng)比外界氣體壓強(qiáng)大 C. 注射器內(nèi)外的氣體壓強(qiáng)一樣大，是活塞把氣體推出來(lái)的 D. 以上說(shuō)法都不對(duì) 6. 關(guān)于氣體分子對(duì)器壁的碰撞，下列說(shuō)法中正確的是（ ） A. 器壁受到氣體分子碰撞的作用力是不連續(xù)的 B. 器壁受到氣體分子碰撞的作用力是連續(xù)的 C. 器壁有時(shí)會(huì)不受到氣體分子的作用力 D. 器壁受到氣體分子碰撞的作用力有時(shí)大有時(shí)小 7. 一定質(zhì)量的氣體，如果保持氣體的壓強(qiáng)不變，氣體的溫度升高，那么下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是（ ） A. 氣體分子的平均動(dòng)能增大 B. 單位面積受到氣體分子碰撞的平均作用力變大 C. 氣體分子對(duì)器壁的平均作用力變大 D. 氣體分子的密度減小 8. 堵住注射器前端的小孔，把注射器的活塞拉向玻璃管外，玻璃管內(nèi)的氣體壓強(qiáng)會(huì)減小，這是由于（ ） A. 分子的平均動(dòng)能變小 B. 分子對(duì)器壁的平均作用力變小 C. 分子的密度變小 D. 分子的密度變大 9. 將一只瓶的蓋子擰緊，使其不漏氣，那么當(dāng)溫度降低時(shí)，瓶?jī)?nèi)氣體（ ） A. 分子的平均動(dòng)能不變，壓強(qiáng)不變 B. 分子的疏密程度不變，壓強(qiáng)不變 C. 分子對(duì)器壁的作用力變大，、壓強(qiáng)變大 D. 分子對(duì)器壁的作用力變小，壓強(qiáng)變小 10. 如圖所示，在玻璃罩內(nèi)放入一個(gè)充氣較多的氣球，下列關(guān)于玻璃罩內(nèi)氣球的說(shuō)法中，正確的是（ ） A. 通過(guò)膠管抽玻璃罩內(nèi)的空氣，氣球的體積減小 B. 通過(guò)膠管抽玻璃罩內(nèi)的空氣，氣球的體積增大 C. 通過(guò)膠管向玻璃罩內(nèi)充氣，氣球的體積增大 D. 通過(guò)膠管向玻璃罩內(nèi)充氣，氣球的體積不變 11. 一定質(zhì)量的理想氣體，在保持壓強(qiáng)不變的條件下膨脹，在這個(gè)過(guò)程中（ ） A. 氣體對(duì)外做功，做功的數(shù)值等于它從外界吸收的熱量 B. 氣體對(duì)外做功，做功的數(shù)值大于它從外界吸收的熱量 C. 氣體對(duì)外做功，做功的數(shù)值小于它從外界吸收的熱量 D. 氣體不一定對(duì)外做功 12. 一個(gè)密閉的透熱的容器，中間用可以自由移動(dòng)但不漏氣的活塞隔成兩部分，一邊充有氧氣，一邊充有氫氣，下面結(jié)論正確的是（ ） A. 如果氫氣和氧氣的質(zhì)量相同，則兩部分氣體的體積相等 B. 如果氫氣和氧氣的質(zhì)量相同，則氧氣的體積大于氫氣的體積 C. 如果兩種氣體分子間的平均距離相等，則氫氣的質(zhì)量較大 D. 如果兩種氣體分子間的平均距離相等，則氧氣的質(zhì)量較大 13. 試說(shuō)明氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的微觀原因。 14. 如果對(duì)鋼瓶中的氣體不斷加大壓強(qiáng)，那么氣體將會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象？ 15. 如圖所示，一氣缸豎直倒放，氣缸內(nèi)有一質(zhì)量不可忽略的活塞，將一定量的理想氣體封在氣缸內(nèi)，活塞與氣缸壁無(wú)摩擦，氣體處于平衡狀態(tài)，現(xiàn)保持溫度不變把氣缸稍微傾斜一點(diǎn)，在達(dá)到平衡后，與原來(lái)相比，則（ ） A. 氣體的壓強(qiáng)變大 B. 氣體的壓強(qiáng)變小 C. 氣體的體積變大 D. 氣體的體積變小 16. 圖為充氣泵氣室的工作原理圖。設(shè)大氣壓強(qiáng)為，氣室中的氣體壓強(qiáng)為，氣室通過(guò)閥門(mén)、與空氣導(dǎo)管相連接。以下選項(xiàng)中正確的是（ ） A. 當(dāng)橡皮管被拉伸時(shí)，，K1關(guān)閉，K2開(kāi)通 B. 當(dāng)橡皮管被拉伸時(shí)，，關(guān)閉，K2開(kāi)通 C. 當(dāng)橡皮管被壓縮時(shí)，，K1關(guān)閉，K2開(kāi)通 D. 當(dāng)橡皮管被壓縮時(shí)，，K1關(guān)閉，K2開(kāi)通 【試題答案】 1. C 2. D 3. A 4. D 5. B 6. B 7. B 8. C 9. D 10. B 11. C 12. D 13. 略 14. 略 15. AD 16. C