2019-2020年高二物理 氣體的狀態(tài)參量知識精講 新人教版.doc

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2019-2020年高二物理 氣體的狀態(tài)參量知識精講 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)動平均動能的標(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)是英國科學(xué)家開爾文創(chuàng)立的。單位為開（K），把作為零度，又叫絕對零度，每一度的大小與1℃大小相等，熱力學(xué)溫度（又稱絕對溫度）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器壁頻繁地碰撞而產(chǎn)生的。 （2）決定因素：單位體積中的分子數(shù)：分子的平均動能。 （3）單位 國際單位為帕斯卡，符號為。 其它常用單位：標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（），厘米汞柱（cmHg）。 換算： （） 三. 熱學(xué)知識點(diǎn)精析： （一）分子動理論要點(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： 一個水分子的體積為： 阿伏伽德羅常數(shù)為，則： 2. 布朗運(yùn)動 在顯微鏡下看到懸浮在液體中的花粉顆粒永不停息的無規(guī)則運(yùn)動，顆粒越小，運(yùn)動越明顯；溫度越高，運(yùn)動越劇烈，布朗運(yùn)動是固體小顆粒的運(yùn)動，不是液體分子的運(yùn)動，是液體分子無規(guī)則運(yùn)動的反映。 [例2] 下列有關(guān)布朗運(yùn)動的說法，正確的是（ ） A. 液體的溫度越高，布朗運(yùn)動越明顯 B. 液體的溫度越低，布朗運(yùn)動越明顯 C. 懸浮的顆粒越大，布朗運(yùn)動越明顯 D. 懸浮的顆粒越小，布朗運(yùn)動越明顯 解析：布朗運(yùn)動是微小顆粒因?yàn)槭艿揭后w或氣體分子的無規(guī)則不平衡沖撞而被動的無規(guī)則運(yùn)動，通過它可以顯示出液體或氣體分子的無規(guī)則運(yùn)動的本質(zhì)。根據(jù)分子動理論，溫度越高，分子的無規(guī)則運(yùn)動越劇烈，由此引起的微小顆粒的運(yùn)動也越明顯；在此過程中，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，小顆粒受到各個方向的沖量就顯得越不平衡，因此布朗運(yùn)動就越明顯。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，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，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，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、分子勢能減?。环肿恿ψ鲐?fù)功，分子勢能增大。 [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，由到做減速運(yùn)動 B. 乙分子由到做加速運(yùn)動，到達(dá)時速度最大 C. 乙分子由到的過程中，兩分子間的勢能一直減小 D. 乙分子由到的過程中，兩分子間的勢能一直增加 圖1 解析：乙分子從到的過程，分子之間均表現(xiàn)為引力，顯然乙分子始終做加速運(yùn)動，且到達(dá)點(diǎn)時速度最大，故A錯B對；乙分子從到的過程中，引力一直做正功，分子勢能一直減小，故C正確；乙分子從到的過程中，引力做正功，分子勢能仍在減小，從到的過程中，斥力做負(fù)功，分子勢能增加，根據(jù)這兩點(diǎn)分析，故D錯。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)計算 應(yīng)用熱力學(xué)第一定律解題時，要特別注意符號法則的應(yīng)用；若外界對物體做功，W取正值；若物體對外界做功，W取負(fù)值，若物體吸熱，Q取正值；若放熱，Q取負(fù)植。若，說明內(nèi)能增大，若，說明內(nèi)能減小。 應(yīng)用時，要注意特別分清是外界對物體做功，還是物體對外界做功；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，體積膨脹并對外做功，則此過程的末態(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)符號法則氣體吸熱Q取正值，氣體膨脹對外做功W取負(fù)值，Q和W的數(shù)值大小不確定，由知，的符號也無法確定，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)用時注意該定律與其他規(guī)律結(jié)合的綜合應(yīng)用問題。 [例5] 如圖2所示，兩端足夠長的敞口容器中，有兩個可以自由移動的光滑活塞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)的變化過程中，內(nèi)能增加的最大值是多少？ 圖2 解析：本題分兩個物理過程：C與A碰撞的過程，AC壓縮氣體且通過氣體與B相互作用的過程。 A與C碰撞，動量守恒，故可得： ① A、C壓縮氣體且通過氣體與B相互作用的過程，由動量守恒和能的轉(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，將流散到周圍環(huán)境中的內(nèi)能重新收集起來加以利用 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能的標(biāo)志，溫度越高，物體內(nèi)部分子熱運(yùn)動越劇烈。 [例7] 一房間內(nèi)，上午10時的溫度為15℃，下午2時的溫度為25℃，假設(shè)大氣壓無變化，則下午2時與上午10時相比較，房間內(nèi)的（ ） A. 空氣密度增大 B. 空氣分子的平均動能增大 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，分子的平均動能增大，分子熱運(yùn)動的平均速率增大，但對每一個分子來說，其速率不一定增大。氣體的壓強(qiáng)決定于兩個因素，一是氣體分子數(shù)密度，二是氣體分子運(yùn)動的劇烈程度，溫度升高，氣體分子熱運(yùn)動平均速率增大，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)的計算問題 容器中的大量氣體分子對器壁頻繁碰撞，就對器壁產(chǎn)生了一個持續(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)決定于兩個因素，一是氣體分子數(shù)密度，二是氣體分子運(yùn)動的劇烈程度。當(dāng)氣體的分子數(shù)密度增大時，單位時間內(nèi)對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)動加劇時，一方面可使氣體分子單位時間內(nèi)對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的沖量增大，這兩個方面都將使氣體的壓強(qiáng)增大。 [例8] 對一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是（ ） A. 體積不變，壓強(qiáng)增大時，氣體分子的平均動能一定增大 B. 溫度不變，壓強(qiáng)減小時，氣體的密度一定減小 C. 壓強(qiáng)不變，溫度降低時，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)的意義以及三個狀態(tài)參量之間的關(guān)系。 對于一定質(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，氣體分子的平均動能將增大。A對。 對于一定質(zhì)量的氣體，溫度不變，氣體分子熱運(yùn)動的劇烈程度不變，壓強(qiáng)減小時，必是分子數(shù)密度減小，所以B對。 對于一定質(zhì)量的氣體，要使壓強(qiáng)不變，溫度降低，分子熱運(yùn)動劇烈程度降低，分子數(shù)密度必增大，C錯。 同理，D錯。 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，是解答這類問題的關(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。 溫度是分子平均動能的標(biāo)志，溫度不變，分子熱運(yùn)動的平均動能亦不變，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)動的動能和分子勢能的總和。對一定質(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。 氣泡上升過程中，體積膨脹，外界對氣體做負(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：本題綜合考查對熱運(yùn)動基本概念的理解，宏觀量與微觀量之間的對應(yīng)關(guān)系，以及熱力學(xué)第一定律。解答時特別注意對“緩慢”的理解。 【模擬試題】（答題時間：40分鐘） 1. 氣體對器壁有壓強(qiáng)的原因是（ ） A. 單個分子對器壁碰撞產(chǎn)生壓力 B. 幾個分子對器壁碰撞產(chǎn)生壓力 C. 大量分子對器壁碰撞產(chǎn)生壓力 D. 以上說法都不對 2. 氣體體積減小時壓強(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，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，那么下列說法中錯誤的是（ ） A. 氣體的壓強(qiáng)增大 B. 單位時間內(nèi)氣體分子對器壁碰撞的次數(shù)增多 C. 氣體分子對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的 D. 以上說法都不對 6. 關(guān)于氣體分子對器壁的碰撞，下列說法中正確的是（ ） 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. 器壁有時會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大有時小 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，那么下列說法中錯誤的是（ ） A. 氣體分子的平均動能增大 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)會減小，這是由于（ ） A. 分子的平均動能變小 B. 分子對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，瓶內(nèi)氣體（ ） A. 分子的平均動能不變，壓強(qiáng)不變 B. 分子的疏密程度不變，壓強(qiáng)不變 C. 分子對器壁的作用力變大，、壓強(qiáng)變大 D. 分子對器壁的作用力變小，壓強(qiáng)變小 10. 如圖所示，在玻璃罩內(nèi)放入一個充氣較多的氣球，下列關(guān)于玻璃罩內(nèi)氣球的說法中，正確的是（ ） A. 通過膠管抽玻璃罩內(nèi)的空氣，氣球的體積減小 B. 通過膠管抽玻璃罩內(nèi)的空氣，氣球的體積增大 C. 通過膠管向玻璃罩內(nèi)充氣，氣球的體積增大 D. 通過膠管向玻璃罩內(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，在這個過程中（ ） A. 氣體對外做功，做功的數(shù)值等于它從外界吸收的熱量 B. 氣體對外做功，做功的數(shù)值大于它從外界吸收的熱量 C. 氣體對外做功，做功的數(shù)值小于它從外界吸收的熱量 D. 氣體不一定對外做功 12. 一個密閉的透熱的容器，中間用可以自由移動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. 試說明氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的微觀原因。 14. 如果對鋼瓶中的氣體不斷加大壓強(qiáng)，那么氣體將會發(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，氣室通過閥門、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，，K1關(guān)閉，K2開通 B. 當(dāng)橡皮管被拉伸時，，關(guān)閉，K2開通 C. 當(dāng)橡皮管被壓縮時，，K1關(guān)閉，K2開通 D. 當(dāng)橡皮管被壓縮時，，K1關(guān)閉，K2開通 【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