新教材高中物理第2章氣體液體和固態(tài)第3節(jié)氣體實驗定律的微觀解釋教師用書粵教版選擇性必修第三冊

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()[答案](1)×(2)√(3)×(4)×2．(多選)關(guān)于密閉容器中氣體的壓強，下列說法不正確的是()A．是由氣體受到的重力產(chǎn)生的B．是由大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的C．壓強的大小只取決于氣體分子數(shù)量的多少D．容器運動的速度越大，氣體的壓強也越大ACD[氣體的壓強是大量氣體分子頻繁地碰撞器壁而產(chǎn)生的，A錯誤，B正確；壓強的大小取決于氣體分子的平均動能和分子的密集程度，與物體的宏觀運動無關(guān)，C、D錯誤．]3．如圖所示，a、b、c三點表示一定質(zhì)量理想氣體的三個狀態(tài)，則氣體在a、b、c三個狀態(tài)的熱力學溫度之比是()A．1∶1∶1 B．1∶2∶1C．3∶4∶3 D．1∶2∶3C[根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，T∝pV，所以Ta∶Tb∶Tc＝(paVa)∶(pbVb)∶(pcVc)＝3∶4∶3，選項C正確．]考點1氣體壓強的微觀意義試用氣體分子熱運動的觀點解釋：在炎熱的夏天，打足了氣的汽車輪胎在日光的曝曬下容易脹破．[提示]在日光曝曬下，胎內(nèi)氣體溫度顯著升高，氣體分子熱運動加劇，分子的平均動能增大，使氣體壓強進一步加大，這樣氣體的壓強一旦超過輪胎的承受能力，輪胎便脹破．1．產(chǎn)生原因單個分子碰撞器壁的沖力是短暫的，但是大量分子頻繁地碰撞器壁，就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力．氣體的壓強等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力．2．決定氣體壓強大小的因素(1)微觀因素．①氣體分子的密集程度：氣體分子密集程度(即單位體積內(nèi)氣體分子的數(shù)目)大，在單位時間內(nèi)，與單位面積器壁碰撞的分子數(shù)就多，氣體壓強就大；②氣體分子的平均動能：氣體的溫度高，氣體分子的平均動能就大，每個氣體分子與器壁碰撞(可視為彈性碰撞)時給器壁的沖力就大；從另一方面講，分子的平均速率大，在單位時間內(nèi)器壁受氣體分子撞擊的次數(shù)就多，累計沖力就大，氣體壓強就大．(2)宏觀因素．①與溫度有關(guān)：溫度越高，氣體的壓強越大；②與體積有關(guān)：體積越小，氣體的壓強越大．(3)氣體壓強與大氣壓強不同．大氣壓強由重力而產(chǎn)生，隨高度增大而減小．氣體壓強是由大量分子頻繁撞擊器壁產(chǎn)生的，大小不隨高度而變化．【典例1】如圖所示，兩個完全相同的圓柱形密閉容器，甲中恰好裝滿水，乙中充滿空氣，則下列說法中正確的是(容器容積恒定)()甲乙A．兩容器中器壁的壓強都是由于分子撞擊器壁而產(chǎn)生的B．兩容器中器壁的壓強都是由所裝物質(zhì)的重力而產(chǎn)生的C．甲容器中pA>pB，乙容器中pC＝pDD．當溫度升高時，pA、pB變大，pC、pD也要變大[思路點撥](1)液體壓強是因重力而產(chǎn)生的．(2)氣體壓強是氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生的．C[甲容器壓強產(chǎn)生的原因是由于液體受到重力作用，而乙容器壓強產(chǎn)生的原因是氣體分子撞擊器壁產(chǎn)生，液體的壓強p＝ρgh，hA>hB，可知pA>pB，而密閉容器中氣體壓強各處均相等，與位置無關(guān)，pC＝pD，當溫度升高時，pA、pB不變，而pC、pD增大，故C正確．]氣體壓強的分析技巧(1)明確氣體壓強產(chǎn)生的原因——大量做無規(guī)則運動的分子對器壁頻繁、持續(xù)地碰撞．壓強就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力．(2)明確氣體壓強的決定因素——氣體分子的密集程度與平均動能．eq\o([跟進訓練])1．對一定質(zhì)量的理想氣體，下列說法正確的是()A．體積不變，壓強增大時，氣體分子的平均動能一定增大B．溫度不變，壓強減小時，單位時間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)增多C．壓強不變，溫度降低時，單位時間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)減少D．溫度升高，壓強和體積都可能不變A[理想氣體的質(zhì)量一定，分子的總數(shù)是一定的．體積不變，分子的密集程度不變，故要使壓強增大，分子的平均動能一定增大，A正確；當溫度不變時，分子的平均動能不變，要使壓強減小，則分子的密集程度一定減小，即單位時間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)減少，B錯誤；當溫度降低時，分子的平均動能減小，要保證壓強不變，則分子的密集程度一定增大，單位時間內(nèi)撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多，C錯誤；溫度升高，壓強和體積至少有一個要發(fā)生變化，不可能都不變，D錯誤．]考點2理想氣體狀態(tài)方程在電視上經(jīng)?？吹綗釟馇蜉d人升空，你能說明其升空的原因嗎？[提示]設(shè)空氣是理想氣體，由eq\f(pV,T)＝C知，T升高p不變，則V增大，氣體會從氣球下面漏出，使m減小，使浮力大于重力而上升．1．理想氣體的特點理想氣體是一種理想化模型，是實際氣體的一種近似，就像質(zhì)點、點電荷模型一樣，突出問題的主要方面，忽略次要方面，是物理學中常用的方法．(1)嚴格遵守氣體實驗定律及理想氣體狀態(tài)方程．(2)理想氣體分子本身的大小與分子間的距離相比忽略不計，分子視為質(zhì)點．(3)理想氣體分子除碰撞外，無相互作用的引力和斥力，故無分子勢能的變化，一定質(zhì)量的理想氣體內(nèi)能的變化只與溫度有關(guān)．2．理想氣體狀態(tài)方程與氣體實驗定律eq\o(\f(p1V1,T1)＝\f(p2V2,T2))?eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(T1＝T2時，p1V1＝p2V2玻意耳定律,V1＝V2時，\f(p1,T1)＝\f(p2,T2)查理定律,p1＝p2時，\f(V1,T1)＝\f(V2,T2)蓋-呂薩克定律))【典例2】如圖所示，絕熱氣缸A與導熱氣缸B橫截面積相同，均固定于地面，由剛性桿連接的絕熱活塞與兩氣缸間均無摩擦．兩氣缸內(nèi)都裝有處于平衡狀態(tài)的理想氣體，開始時體積均為V0、溫度均為T0，緩慢加熱A中氣體，停止加熱達到穩(wěn)定后，A中氣體壓強變?yōu)樵瓉淼?.2倍，設(shè)環(huán)境溫度始終保持不變，求氣缸A中氣體的體積VA和溫度TA．[思路點撥](1)氣缸B導熱，B中氣體初、末狀態(tài)溫度相等，發(fā)生的是等溫變化．(2)剛性桿連接絕熱活塞，且A、B兩個氣缸面積相等，因此A、B體積之和不變，即VA＋VB＝2V0.[解析]設(shè)初態(tài)壓強為p0，膨脹后A、B壓強相等，均為1.2p0.B中氣體始、末狀態(tài)溫度相等，則有p0V0＝1.2p0(2V0－VA)VA＝eq\f(7,6)V0.A部分氣體滿足eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(1.2p0VA,TA)，解得TA＝1.4T0.[答案]eq\f(7,6)V01.4T0對于一定質(zhì)量的理想氣體，由狀態(tài)方程eq\f(pV,T)＝C可知，當其中一個狀態(tài)參量發(fā)生變化時，一定會引起另外一個狀態(tài)參量發(fā)生變化或另外兩個狀態(tài)參量都發(fā)生變化．分析時抓住三個狀態(tài)參量之間的物理關(guān)系是解決此類問題的關(guān)鍵．eq\o([跟進訓練])2．一個半徑為0.1cm的氣泡，從18m深的湖底上升．如果湖底水的溫度是8℃，湖面水的溫度是24℃，湖面的大氣壓強相當于76cm高水銀柱產(chǎn)生的壓強，即101kPa，那么氣泡升至湖面時體積是多少？(ρ水＝1.0g/cm3，g取9.8m/s2.)[解析]由題意可知18m深處氣泡體積V1＝eq\f(4,3)πr3≈4.19×10－3cm3，p1＝p0＋ρ水gh水＝277.4kPa，T1＝(273＋8)K＝281K，p2＝101kPa，T2＝(273＋24)K＝297K，根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程eq\f(p1V1,T1)＝eq\f(p2V2,T2)，得V2＝eq\f(p1V1T2,p2T1)＝eq\f(277.4×4.19×10－3×297,101×281)cm3≈0.012cm3.[答案]0.012cm3考點3理想氣體狀態(tài)變化的圖像1．一定質(zhì)量的氣體不同圖像的比較名稱圖像特點其他圖像等溫線p-VpV＝CT(C為常量)，即pV之積越大的等溫線對應的溫度越高，離原點越遠p-eq\f(1,V)p＝eq\f(CT,V)，斜率k＝CT，即斜率越大，對應的溫度越高等容線p-Tp＝eq\f(C,V)T，斜率k＝eq\f(C,V)，即斜率越大，對應的體積越小p-t圖線的延長線均過點(－273℃，0)，斜率越大，對應的體積越小等壓線V-TV＝eq\f(C,p)T，斜率k＝eq\f(C,p)，即斜率越大，對應的壓強越小V-tV與t成線性關(guān)系，但不成正比，圖線延長線均過點(－273℃，0)，斜率越大，對應的壓強越小2．一般狀態(tài)變化圖像的處理方法化“一般”為“特殊”，如圖是一定質(zhì)量的某種氣體的狀態(tài)變化過程A→B→C→A．在V-T圖線上，等壓線是一簇延長線過原點的直線，過A、B、C三點作三條等壓線分別表示三個等壓過程，pA′＜pB′＜pC′，即pA＜pB＜pC，所以A→B壓強增大，溫度降低，體積減小，B→C溫度升高，體積減小，壓強增大，C→A溫度降低，體積增大，壓強減?。镜淅?】內(nèi)壁光滑的導熱氣缸豎直浸放在盛有冰水混合物的水槽中，用不計質(zhì)量的活塞封閉壓強為1.0×105Pa、體積為2.0×10－3m3的理想氣體．現(xiàn)在活塞上方緩緩倒上沙子，使封閉氣體的體積變?yōu)樵瓉淼囊话?，然后將氣缸移出水槽，緩慢加熱，使氣體溫度變?yōu)?27℃.(大氣壓強為1.0×105Pa)(1)求氣缸內(nèi)氣體的最終體積(保留三位有效數(shù)字)；(2)在如圖所示的p-V圖上畫出整個過程中氣缸內(nèi)氣體的狀態(tài)變化．[思路點撥](1)在活塞上方緩緩倒沙子的過程是一個等溫變化過程，緩慢加熱的過程是一個等壓變化過程．(2)等壓過程的圖線為平行于V軸的直線，等容過程的圖線為平行于p軸的直線，等溫過程的圖線為雙曲線的一支．[解析](1)在活塞上方倒沙的全過程中溫度保持不變，即p0V0＝p1V1，解得p1＝2.0×105Pa.在緩慢加熱到127℃的過程中壓強保持不變，則eq\f(V1,T1)＝eq\f(V2,T2)，所以V2≈1.5×10－3m3.(2)如圖所示，[答案](1)1.5×10－3m3(2)見解析理想氣體狀態(tài)變化時注意轉(zhuǎn)折點的確定轉(zhuǎn)折點是兩個狀態(tài)變化過程的分界點，挖掘隱含條件，找出轉(zhuǎn)折點是應用理想氣體狀態(tài)方程解決氣體狀態(tài)變化問題的關(guān)鍵．eq\o([跟進訓練])3．一定質(zhì)量的理想氣體，在狀態(tài)變化過程中的p-T圖像如圖所示，在A狀態(tài)時的體積為V0，試畫出對應的V-T圖像和p-V圖像(標注字母和箭頭)．[解析]根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，有eq\f(p0V0,T0)＝eq\f(3p0VB,T0)＝eq\f(3p0VC,3T0)，解得VB＝eq\f(1,3)V0，VC＝V0A到B是等溫變化，B到C是等壓變化，C到A是等容變化，作出對應的V-T圖像和p-V圖像如圖所示．甲乙[答案]見解析1．物理觀念：氣體壓強產(chǎn)生的原因及決定因素，理想氣體及理想氣體狀態(tài)方程．2．科學思維：微觀解釋氣體實驗定律，運用理想氣體狀態(tài)方程及圖像．3．科學方法：理想模型、實驗法、圖像法等．1．教室內(nèi)的氣溫會受到室外氣溫的影響，如果教室內(nèi)上午10時的溫度為15℃，下午2時的溫度為25℃，假設(shè)大氣壓強無變化，則下午2時與上午10時相比較，房間內(nèi)的()A．空氣分子密集程度增大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B[溫度升高，氣體分子的平均動能增大，平均每個分子對器壁的沖力將變大，但氣壓并未改變，可見單位體積內(nèi)的分子數(shù)一定減小，故A、D項錯誤，B項正確；溫度升高，并不是所有空氣分子的速率都增大，C項錯誤．]2．關(guān)于一定質(zhì)量的氣體，下列敘述中正確的是()A．如果體積減小，氣體分子在單位時間內(nèi)對器壁單位面積的碰撞次數(shù)一定增多B．如果壓強增大，氣體分子在單位時間內(nèi)對器壁單位面積的碰撞次數(shù)一定增多C．如果溫度升高，氣體分子在單位時間內(nèi)對器壁單位面積的碰撞次數(shù)一定增多D．如果分子密度增大，氣體分子在單位時間內(nèi)對器壁單位面積的碰撞次數(shù)一定增多B[氣體分子在單位時間內(nèi)對器壁單位面積的碰撞次數(shù)，是由單位體積內(nèi)的分子數(shù)和分子的平均速率共同決定的．選項A和D都是單位體積內(nèi)的分子數(shù)增大，但分子的平均速率如何變化卻不知道；選項C由溫度升高可知分子的平均速率增大，但單位體積內(nèi)的分子數(shù)如何變化未知，所以選項A、C、D錯誤．氣體分子在單位時間內(nèi)對器壁單位面積的碰撞次數(shù)正是氣體壓強的微觀表現(xiàn)，所以選項B是正確的．]3．(多選)下列對理想氣體的理解，正確的有()A．理想氣體實際上并不存在，只是一種理想化模型B．只要氣體壓強不是很高就可視為理想氣體C．一定質(zhì)量的某種理想氣體的內(nèi)能與溫度、體積都有關(guān)D．在任何溫度、任何壓強下，理想氣體都遵循氣體實驗定律AD[理想氣體是