第六節(jié)氣體狀態(tài)參量[目標(biāo)定位]1.知道描述氣體的三個(gè)狀態(tài)參量：體積、溫度和壓強(qiáng).2.理解熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)的區(qū)別與聯(lián)系.3.能用分子動(dòng)理論和統(tǒng)計(jì)觀點(diǎn)解釋氣體的壓強(qiáng)．一、兩種溫標(biāo)的關(guān)系1．?dāng)z氏溫標(biāo)：一種常用的表示溫度的方法．?dāng)z氏溫標(biāo)表示的溫度稱為攝氏溫度，用符號(hào)t表示，單位是攝氏度，符號(hào)是℃，規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰水混合物的溫度是0℃，水的沸點(diǎn)是100℃.2．熱力學(xué)溫標(biāo)：現(xiàn)代科學(xué)中常用的表示溫度的方法．熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫熱力學(xué)溫度，用符號(hào)T表示，單位是開爾文，符號(hào)為K.3．熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系：(1)T＝t＋273.15K，粗略表示：T＝t＋273K；(2)ΔT＝Δt.說明：熱力學(xué)溫度的零度叫絕對(duì)零度，即－273.15°C，它是低溫的極限，可以無限接近但不能達(dá)到．二、壓強(qiáng)的微觀意義[導(dǎo)學(xué)探究]氣體壓強(qiáng)是否與固體和液體的壓強(qiáng)一樣，也是由氣體的重力產(chǎn)生的呢？答案不是．[知識(shí)梳理]1．氣體的壓強(qiáng)：氣體作用在器壁單位面積上的壓力．2．氣體壓強(qiáng)的微觀決定因素是氣體分子的平均動(dòng)能和分子的密集程度．(1)密集程度一定時(shí)，分子的平均動(dòng)能越大，分子碰撞器壁時(shí)對(duì)器壁產(chǎn)生的作用力就越大，氣體的壓強(qiáng)也就越大．(2)分子平均動(dòng)能一定時(shí)，氣體分子越密集，每秒撞擊器壁單位面積的分子數(shù)就越多，氣體壓強(qiáng)就越大．3．氣體壓強(qiáng)的宏觀決定因素是溫度和體積．三、封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算1.取等壓面法根據(jù)同種液體在同一水平液面處壓強(qiáng)相等，在連通器內(nèi)靈活選取等壓面，由兩側(cè)壓強(qiáng)相等列方程求氣體壓強(qiáng)．例如，圖1中同一液面A、C、D處壓強(qiáng)相等，則pA＝p0＋ph.圖12．力平衡法對(duì)于平衡態(tài)下用液柱、活塞、氣缸等封閉的氣體壓強(qiáng)，可對(duì)液柱、活塞、氣缸等進(jìn)行受力分析，由F合＝0列式求氣體壓強(qiáng)．[延伸思考]若容器處于加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，又該如何計(jì)算封閉氣體的壓強(qiáng)呢？答案當(dāng)容器處于加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，選與封閉氣體接觸的物體如液柱、氣缸或活塞等為研究對(duì)象，由牛頓第二定律求出封閉氣體的壓強(qiáng).一、兩種溫標(biāo)的關(guān)系例1(多選)關(guān)于溫度與溫標(biāo)，下列說法正確的是()A．用攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)表示溫度是兩種不同的表示方法B．?dāng)z氏溫度與熱力學(xué)溫度都可以取負(fù)值C．?dāng)z氏溫度升高3℃，在熱力學(xué)溫標(biāo)中溫度升高276.15KD．熱力學(xué)溫度每一開的大小與攝氏溫度每一度的大小相等答案AD解析溫標(biāo)是溫度數(shù)值的表示方法，常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)和熱力學(xué)溫標(biāo)，A正確；攝氏溫度可以取負(fù)值，但是熱力學(xué)溫度不能取負(fù)值，因?yàn)闊崃W(xué)溫度的零點(diǎn)是低溫的極限，故選項(xiàng)B錯(cuò)；攝氏溫度的每一度與熱力學(xué)溫度的每一開的大小相等，選項(xiàng)D正確；攝氏溫度升高3℃，也就是熱力學(xué)溫度升高了3K，故選項(xiàng)C錯(cuò)．二、壓強(qiáng)的微觀意義例2有關(guān)氣體壓強(qiáng)，下列說法正確的是()A．氣體分子的平均速率增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大B．氣體分子的密集程度增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大C．氣體分子的平均動(dòng)能增大，則氣體的壓強(qiáng)一定增大D．氣體分子的平均動(dòng)能增大，氣體的壓強(qiáng)有可能減小答案D解析氣體的壓強(qiáng)在微觀上與兩個(gè)因素有關(guān)：一是氣體分子的平均動(dòng)能，二是氣體分子的密集程度，密集程度或平均動(dòng)能增大，都只強(qiáng)調(diào)問題的一方面，也就是說，平均動(dòng)能增大的同時(shí)，分子的密集程度可能減小，使得壓強(qiáng)可能減小；同理，當(dāng)分子的密集程度增大時(shí)，分子的平均動(dòng)能也可能減小，氣體的壓強(qiáng)變化不能確定，故正確答案為D.三、封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算例3如圖2所示，活塞的質(zhì)量為m，缸套的質(zhì)量為M.通過彈簧吊在天花板上，氣缸內(nèi)封有一定質(zhì)量的氣體．缸套和活塞間無摩擦，活塞面積為S，大氣壓強(qiáng)為p0.則封閉氣體的壓強(qiáng)為()圖2A．p＝p0＋mg/SB．p＝p0＋(M＋m)g/SC．p＝p0－Mg/SD．p＝mg/S答案C解析對(duì)氣缸缸套進(jìn)行受力分析，如圖所示．由平衡條件可得：p0S＝Mg＋pS所以p＝p0－eq\f(Mg,S)故C正確．例4求圖3中被封閉氣體A的壓強(qiáng)．其中(1)、(2)、(3)圖中的玻璃管內(nèi)都灌有水銀，(4)圖中的小玻璃管浸沒在水中．大氣壓強(qiáng)p0＝76cmHg.(p0＝1.01×105Pa，g＝10m/s2，ρ水＝1×103kg/m3)圖3答案(1)66cmHg(2)71cmHg(3)81cmHg(4)1.13×105Pa解析(1)pA＝p0－ph＝76cmHg－10cmHg＝66cmHg(2)pA＝p0－ph′＝76cmHg－10sin30°cmHg＝71cmHg(3)pB＝p0＋ph2＝76cmHg＋10cmHg＝86cmHgpA＝pB－ph1＝86cmHg－5cmHg＝81cmHg(4)pA＝p0＋ρ水gh＝1.01×105Pa＋1×103×10×1.2Pa＝1.13×105Pa氣體狀態(tài)參量eq\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(體積\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(等于容器的容積,單位1m3＝103L＝106mL)),溫度\b\lc\{\rc\}(\a\vs4\al\co1(攝氏溫標(biāo),熱力學(xué)溫標(biāo)))關(guān)系：T＝t＋273.15K,壓強(qiáng)\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(微觀決定因素\b\lc\{\rc\(\a\vs4\al\co1(氣體分子的平均動(dòng)能,氣體分子的密集程度)),封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算))))1．(描述氣體的狀態(tài)參量)描述氣體的狀態(tài)參量是指()A．質(zhì)量、溫度、密度 B．溫度、體積、壓強(qiáng)C．質(zhì)量、壓強(qiáng)、溫度 D．密度、壓強(qiáng)、溫度答案B解析描述氣體的狀態(tài)參量是指溫度、壓強(qiáng)和體積，B對(duì)．2．(兩種溫標(biāo)的關(guān)系)(多選)關(guān)于熱力學(xué)溫度與攝氏溫度，下列說法正確的是()A．?dāng)z氏溫度和熱力學(xué)溫度都不能取負(fù)值B．溫度由t(°C)升到2t(°C)時(shí)，對(duì)應(yīng)的熱力學(xué)溫度由T(K)升到2T(K)C．－33°C＝240.15KD．?dāng)z氏溫度變化1°C，也就是熱力學(xué)溫度變化1K答案CD解析由熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系T＝t＋273.15K知，C正確；攝氏溫度與熱力學(xué)溫度在表示溫度的變化時(shí)，變化的數(shù)值是相同的，故D正確．3．(氣體的壓強(qiáng))(多選)對(duì)于一定量的稀薄氣體，下列說法正確的是()A．壓強(qiáng)變大時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)必然變得劇烈B．保持壓強(qiáng)不變時(shí)，分子熱運(yùn)動(dòng)可能變得劇烈C．壓強(qiáng)變大時(shí)，分子間的平均距離必然變小D．壓強(qiáng)變小時(shí)，分子間的平均距離可能變小答案BD解析壓強(qiáng)變大時(shí)，氣體的溫度不一定升高，分子熱運(yùn)動(dòng)不一定變得劇烈，故選項(xiàng)A錯(cuò)誤；壓強(qiáng)不變時(shí)，若氣體的體積增大，則氣體的溫度會(huì)升高，分子熱運(yùn)動(dòng)會(huì)變得劇烈，故選項(xiàng)B正確；壓強(qiáng)變大時(shí)，由于氣體溫度不確定，則氣體的體積可能不變，可能變大，也可能變小，其分子間的平均距離可能不變，也可能變大或變小，故選項(xiàng)C錯(cuò)誤；壓強(qiáng)變小時(shí)，氣體的體積可能不變，可能變大，也可能變小，所以分子間的平均距離可能不變，可能變大或變?。蔬x項(xiàng)D正確．4.(封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算)如圖4所示，豎直放置的U形管，左端開口右端封閉，管內(nèi)有a、b兩段水銀柱，將A、B兩段空氣柱封閉在管內(nèi)．已知水銀柱a長h1為10cm，水銀柱b兩個(gè)液面間的高度差h2為5cm，大氣壓強(qiáng)為75cmHg，求空氣柱A、B的壓強(qiáng)分別是多少？圖4答案65cmHg60cmHg解析設(shè)管的橫截面積為S，選a的下端為參考液面，它受向下的壓力為(pA＋h1)S，受向上的大氣壓力為p0S，由于系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)，則(pA＋h1)S＝p0S，所以pA＝p0－h(huán)1＝(75－10)cmHg＝65cmHg，再選b的左下端為參考液面，由連通器原理知：液柱h2的上表面處的壓強(qiáng)等于pB，則(pB＋h2)S＝pAS，所以pB＝pA－h(huán)2＝(65－5)cmHg＝60cmHg.題組一溫度和溫標(biāo)1．關(guān)于溫度的概念，下述說法中正確的是()A．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，物體溫度高，則分子的平均動(dòng)能大B．溫度是分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，溫度升高，則物體的每一個(gè)分子的動(dòng)能都增大C．某物體當(dāng)其內(nèi)能增大時(shí)，則該物體的溫度一定升高D．甲物體的溫度比乙物體的溫度高，則甲物體分子的平均速率比乙物體分子的平均速率大答案A解析當(dāng)溫度升高時(shí)，分子的平均動(dòng)能增大，但不一定每個(gè)分子的動(dòng)能都增大；某物體的內(nèi)能在宏觀上由溫度、體積決定，當(dāng)內(nèi)能增大時(shí)不一定是溫度升高；甲物體的溫度比乙物體的溫度高，說明甲物體的分子平均動(dòng)能大于乙物體的分子平均動(dòng)能，但由于不知道兩物體分子的質(zhì)量，所以不能說甲物體分子的平均速率比乙物體分子的平均速率大．綜上可知，本題選A.2．關(guān)于溫標(biāo)，下列說法正確的是()A．溫標(biāo)不同，測量時(shí)得到同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值是不同的B．不同溫標(biāo)表示的溫度數(shù)值不同，則說明溫度不同C．溫標(biāo)的規(guī)定都是人為的，沒有什么理論依據(jù)D．熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)是兩種不同的溫度表示方法，表示的溫度數(shù)值沒有關(guān)系答案A解析溫標(biāo)不同，測量同一系統(tǒng)的溫度數(shù)值不同，A對(duì)，B錯(cuò)．每一種溫標(biāo)的規(guī)定都有一定的物理意義，如攝氏溫標(biāo)的0°C表示標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下冰的熔點(diǎn)，100°C為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下水的沸點(diǎn)，C錯(cuò)．熱力學(xué)溫標(biāo)和攝氏溫標(biāo)在數(shù)值上有T＝t＋273.15K，D錯(cuò)．3．(多選)嚴(yán)冬，湖面上結(jié)了厚厚的冰，但冰下魚兒仍在游動(dòng)．為了測出冰下水的溫度，徐強(qiáng)同學(xué)在冰上打了一個(gè)洞，拿來一支實(shí)驗(yàn)室溫度計(jì)，用下列四種方法測水溫，正確的做法是()A．用線將溫度計(jì)拴牢從洞中放入水里，待較長時(shí)間后從水中提出，讀出示數(shù)B．取一空的塑料飲水瓶，將溫度計(jì)懸吊在瓶中，再將瓶拴住從洞中放入水里，水灌滿瓶后待較長時(shí)間，然后將瓶提出，立即讀出溫度計(jì)的示數(shù)C．若溫度計(jì)顯示的示數(shù)為攝氏溫度4℃，即熱力學(xué)溫度4KD．若溫度計(jì)顯示的示數(shù)為攝氏溫度4℃，即熱力學(xué)溫度277.15K答案BD解析要測量冰下水的溫度，必須使溫度計(jì)與冰下的水達(dá)到熱平衡時(shí)，再讀出溫度計(jì)的示數(shù)，可隔著冰又沒法直接讀數(shù)，把溫度計(jì)取出來，顯示的又不是原熱平衡狀態(tài)下的溫度，所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤，B正確．T＝t＋273.15K＝277.15K，選項(xiàng)C錯(cuò)誤，D正確．題組二壓強(qiáng)的微觀意義4．封閉容器中氣體的壓強(qiáng)()A．是由氣體的重力產(chǎn)生的B．是由氣體分子間相互作用力(引力和斥力)產(chǎn)生的C．是由大量氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的D．當(dāng)充滿氣體的容器自由下落時(shí)，由于失重，氣體壓強(qiáng)將減小為零答案C解析氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的，氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)不受重力、超重、失重的影響，所以只有C正確．5．下列各組物理量中能決定氣體的壓強(qiáng)的是()A．分子的平均動(dòng)能和分子種類B．分子密集程度和分子的平均動(dòng)能C．分子總數(shù)和分子的平均動(dòng)能D．分子密集程度和分子種類答案B解析氣體的壓強(qiáng)是由大量氣體分子碰撞器壁產(chǎn)生的，氣體分子的密集程度越大(即單位體積內(nèi)分子數(shù)越多)，在單位時(shí)間內(nèi)撞擊器壁單位面積的分子數(shù)就越多，則氣體的壓強(qiáng)越大．另外，氣體分子的平均動(dòng)能越大，分子撞擊器壁對(duì)器壁產(chǎn)生的作用力越大，氣體的壓強(qiáng)就越大．故決定氣體壓強(qiáng)的因素是分子密集程度和分子的平均動(dòng)能，故B項(xiàng)正確．6．如圖1所示，兩個(gè)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)()圖1A．兩容器中的壓強(qiáng)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(qiáng)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(dāng)溫度升高時(shí)，pA、pB變大，pC、pD也要變大答案C解析甲容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是水受到重力的作用，而乙容器壓強(qiáng)產(chǎn)生的原因是分子撞擊器壁，A、B錯(cuò)；水的壓強(qiáng)p＝ρgh，hA>hB，可知pA>pB，而密閉容器中氣體壓強(qiáng)各處均相等，與位置無關(guān)，pC＝pD，C對(duì)；溫度升高時(shí)，pA、pB不變，而pC、pD變大，D錯(cuò)．7．(多選)封閉在氣缸內(nèi)一定質(zhì)量的氣體，如果保持氣體體積不變，當(dāng)溫度升高時(shí)，以下說法正確的是()A．氣體的密度增大B．氣體的壓強(qiáng)增大C．氣體分子的平均動(dòng)能減小D．每秒撞擊單位面積器壁的氣體分子數(shù)增多答案BD解析當(dāng)氣體體積不變時(shí)，氣體分子的密集程度不變，溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，所以單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)單位面積器壁碰撞次數(shù)增多，故氣體的壓強(qiáng)增大，B、D選項(xiàng)正確．8．對(duì)一定質(zhì)量的氣體，若用N表示單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)，則()A．當(dāng)體積減小時(shí)，N必定增加B．當(dāng)溫度升高時(shí)，N必定增加C．當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí)，N必定變化D．當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí)，N可能不變答案C解析由于氣體壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁碰撞器壁產(chǎn)生的，其值與分子密度及分子平均動(dòng)能有關(guān)．對(duì)一定質(zhì)量的氣體，壓強(qiáng)與溫度和體積有關(guān)．若壓強(qiáng)不變而溫度發(fā)生變化時(shí)，或體積發(fā)生變化時(shí)即分子密度發(fā)生變化時(shí)N一定變化，故C正確，D錯(cuò)．而V減小、溫度也減小時(shí)N不一定增加，A錯(cuò)；當(dāng)溫度升高、同時(shí)體積增大時(shí)N不一定增加，故B項(xiàng)錯(cuò)．題組三封閉氣體壓強(qiáng)的計(jì)算9.一端封閉的玻璃管倒插入水銀槽中，管豎直放置時(shí)，管內(nèi)水銀面比管外高h(yuǎn)，上端空氣柱長為L，如圖2所示，已知大氣壓強(qiáng)為HcmHg，下列說法正確的是()圖2A．此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)是(L＋h)cmHgB．此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)是(H－h(huán))cmHgC．此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)是(H＋h)cmHgD．此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)是(H－L)cmHg答案B解析取等壓面法，選管外水銀面為等壓面，則由p氣＋ph＝p0，得p氣＝p0－ph，即p氣＝(H－h(huán))cmHg，B項(xiàng)正確．10.如圖3所示，一圓筒形氣缸靜置于地面上，氣缸的質(zhì)量為M，活塞(連同手柄)的質(zhì)量為m，氣缸內(nèi)部的橫截面積為S，大氣壓強(qiáng)為p