物理:气体的压强与体积的关系(含图详细讲解) - 下载本文

气体的压强与体积的关系

一、 知识要点:

1.知道体积、温度和压强是描述气体状态的三个参量;知道气体的压强产生的原因;知道热力学温标,知道绝对零度的意义,知道热力学温标与摄氏温标间的关系及其两者间的换算.

气体的三个状态参量

(1).温度:温度在宏观上表示物体的冷热程度;在微观上是分子平均动能的标志。

热力学温度是国际单位制中的基本量之一,符号T,单位K(开尔文);摄氏温度是导出单位,符号t,单位℃(摄氏度)。关系是t=T-T0,其中T0=273.15K。两种温度间的关系可以表示为:T = t+273.15K和ΔT =Δt,要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。

0K是低温的极限,它表示所有分子都停止了热运动。可以无限接近,但永远不能达到。

(2).体积:气体总是充满它所在的容器,所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积。

(3).压强:气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的.压强的大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均速率。若单位体积内分子数增大,分子的平均速率也增大,则气体的压强也增大。

一般情况下不考虑气体本身的重量,所以同一容器内气体的压强处处相等。但大气压在宏观上可以看成是大气受地球吸引而产生的重力而引起的。

压强的国际单位是帕,符号Pa,常用的单位还有标准大气压(atm)和毫米汞柱(mmHg)。它们间的关系是:1 atm=1.013×105Pa=760 mmHg; 1 mmHg=133.3Pa。

2.会计算液体产生的压强以及活塞对封闭气体产生的压强. 例如:(1)液体产生的压强的几种图形

h h h ? h P= P0 +pgh

P= P0 - pgh

P= P0 - pghcosθ

P= P0

h h h h h h P= P0 - pgh P= P0 +pgh

P= P0 -pgH

(2)活塞对封闭气体产生的压强的几种图形

气缸内气体的压强(大气压P0活塞重量为G,砝码重量G1,汽缸重量G2)

P1=P0+G/S P2=P0+(G+G1)/S P3= P0+(G-F )/S

G1 F

P4=P0 P5=P0-G/S P6=P0+(F-G)/S P7=P0-G2/S

3.学生实验:探究“用DIS研究在温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系”

(1). 主要器材:注射器、DIS(压强传感器、数据采集器、计算机等). (2)实验目的:探究一定质量的气体在温度不变的条件下的压强与体积的关系 (3).注意事项:

①本实验应用物理实验中常用的控制变量法,探究在气体质量和温度不变的情况下(即等温过程),气体的压强和体积的关系.

②为保持等温变化,实验过程中不要用手握住注射器有气体的部位.同时,改变体积过程应缓慢,以免影响密闭气体的温度.为保证气体密闭,应在活塞与注射器壁问涂上润滑油,注射器内外气体的压强差不宜过大.

③实验中所用的压强传感器精度较高,而气体体积是直接在注射器上读出的,其误差会直接影响实验结果.

④在等温过程中,气体的压强和体积的关系在P—V图像中呈现为双曲线.处理实验数据时,要通过变换,即画P一1/V图像,把双曲线变为直线,说明P和V成反比.这是科学研究中常用的数据处理的方法,因为一次函数反映的物理规律比较直接,容易得出相关的对实验研究有用的参数.

F P A T B O

V

P A D O B 1/V

p (4)实验结论:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p与体积v成反比,所以p-v图线是双曲线,但不同温度下的图线是不同的。如图是一定质量的气体分别在t1、t2温度下等温变化的p-v图线,其中温度较高的是t2。

4.理解玻意耳定律的内容和使用条件,理解气体的等温变化,能应用玻意耳定律解决质量不变的气体等温变化的简单问题。知道P—V图象,并认识图象在物理研究中的广泛应用。

(1)玻意耳定律内容:一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强

t2 o 图8—1

t1 v

p与体积V成反比。这个结论是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的,叫做玻意耳定律。

(2)公式: pV= 恒量 p1V1=p2V2

(3)注意:上述规律,必须满足“一定质量的气体”。p1、V1、p2、V2分别表示气体在两个不同状态下的压强和体积。

(4)气体等温变化的p-V图象 一定质量的某种气体,在温度不变的情况下,压强p与体积V成反比。如果用纵轴代表气体的压强p,用横轴代表气体的体积V,所以p-v图线是双曲线,

PB O VA

B VB

V

PA A 状态 A—B表示过程 状态 P T 二、课堂基础训练:

1、密闭容器中气体的压强:

A、是由于气体的重力所产生的;

B、是由于气体分子频繁碰撞容器壁所产生的; C、是由于分子之间存在相互作用力而产生的; D、当容器自由下落时,气体的压强将减小。

2、(多选)关于大气压强,下列说法中正确的是:

A、是由于地球对大气的吸引作用而产生的; B、大气压强的方向总是竖直向下的; C、大气压强的大小随高度的增加而减小; D、教室里的大气压强比操场上的大气压强小; 3、(多选)关于热力学温标,下列说法中正确的是: A、热力学温标的零K是-273.15C ,叫做绝对零度;

B、因为热力学温度的每一度的大小和摄氏温度是相同的,所以0C也就是绝对零度;

C、绝对零度已经达到了,温度计可以测出开氏零度; D、0K是低温的极限,是达不到的。

4、当温度升高30C时,用热力学温标表示升高的温度是: A、303K ; B、30K ; C、243K ; D、273K 。

5、如图所示,A、B两点代表一定质量理想气体的两个不同状态,状态A的温度为TA,状态B的温度为TB。由图可知 ( ).

A、TB=2TA B、TB=4TA C、TB=6TA D、TB=8TA

6、一定质量的气体由状态A变到状态B的过程如图若A、B两点

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