高中物理知识全解3.2气体

高中物理知识全解3.2气体一：理想气体状态方程理想气体：在任何温度，任何压强下都遵从气体实验定律的气体，叫做理想气体；从微观角度来看是指：分子本身的体积和分子间的作用力都能够忽略不计的气体，称为是理想气体。

〔高中阶段除水蒸气外，其它气体一般都视为理想气体〕注意：气体分子能充满整个容器。

①玻意耳定律玻意耳定律：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。

1122P V P V ∴=由理想气体状态方程可知：12T T T ==，那么：1122P V P V T nR ==【例题】如下图所示为一气压式保温瓶，瓶内密封空气体积为V ，瓶内水面与出水口的高度差为h ，设水的密度为ρ，大气压强为P0，欲使水从出水口流出，瓶内空气压缩量∆V 至少应为多少？【例题】用DIS 研究一定质量气体在温度不变时，压强与体积关系的实验装置如下图一所示，实验步骤如下：〔1〕把注射器活塞移至注射器中间位置，将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接；〔2〕移动活塞，记录注射器的刻度值V ，同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p ； 〔3〕用V －1/p 图象处理实验数据，得出如上图二所示图线、I 、为了保持封闭气体的质量不变，实验中采取的要紧措施是_____________；II 、为了保持封闭气体的温度不变，实验中采取的要紧措施是______________和________________；III 、假如实验操作规范正确，但如下图的V －1/p 图线只是原点，那么V0代表_______________.②查理定律查理定律：一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强P 与热力学温度T 成正比。

1212P P T T ∴=由理想气体状态方程可知：12V V V ==，那么：1212P P T T V nR == 【例题】假如在一固定容器内，理想气体分子速率都提高为原来的二倍，那么〔〕A 、温度和压强都升高为原来的二倍。

B 、温度升高为原来的二倍，压强升高为原来的四倍。

C 、温度升高为原来的四倍，压强升高为原来的二倍。

D 、温度与压强都升高为原来的四倍。

答案：D【例题】高空实验火箭起飞前，仪器舱内气体的压强为P0，温度t0=270C ，在火箭竖直向上加速飞行的过程中，加速度的大小等于重力加速度g ，仪器舱内水银气压计的示数为P=0.6P0，仪器舱是密封的，那么，这段过程中舱内温度是多少？理定律得001.2(27327)P P KT =+，解得：360T K = ③盖—吕萨克定律盖—吕萨克定律：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V 与热力学温度T 成正比。

1212V V T T ∴=由理想气体状态方程可知：12P P P ==，那么：1212V V T T P nR == 【例题】如下图所示，气缸内封闭着一定质量的气体A ，其温度为27℃。

重物B 和活塞的总质量为M ，不计活塞与气缸壁的摩擦，试求当气体的温度由27℃升高到127℃时，气体的体积将由原来的体积V0变为多大？④理想气体状态方程112212P V P V T T nR ==〔理想气体状态方程也叫克拉伯龙方程〕式中n 为物质的量，8.31mol R J K =⋅（）注意：运用理想气体状态方程解题时，式中的温度T 要用热力学温度。

【例题】如下图为一定量的理想气体的p —V 图，由图可得出结论〔〕A 、B A T T <B 、B A T T >C 、B A T T =D 、ABC 是等温过程答案：A【例题】在如下气缸中封闭着一定质量的常温理想气体，一重物用细绳经滑轮与缸中光滑的活塞相连接，重物和活塞均处于平衡状态、假如将缸内气体的摄氏温度降低一半，那么缸内气体的体积〔〕A 、仍不变B 、为原来的一半C 、小于原来的一半D 、大于原来的一半【例题】如下图均匀薄壁U 形管，左管上端封闭，右管开口且足够长，管的截面积为S ，内装有密度为ρ的液体。

右管内有一质量为m 的活塞搁在固定卡口上，卡口与左管上端等高，活塞与管壁间无摩擦且不漏气。

温度为T0时，左、右管内液面等高，两管内空气柱长度均为L ，压强均为大气压强P0，重力加速度为g 。

现使左右两管温度同时缓慢升高，在活塞离开卡口上升前，左右两管液面保持不动，试求：〔1〕右管活塞刚离开卡口上升时，右管封闭气体的压强P1〔2〕温度升高到T1为多少时，右管活塞开始离开卡口上升〔3〕温度升高到T2为多少时，两管液面高度差为L注意：理想气体状态方程〔即克拉伯龙方程〕是描述一定量的理想气体初状态与末状态的压强、体积、温度间关系的状态方程。

它建立在波义耳定律、查理定律、盖-吕萨克定律基础之上。

初状态到末状态的过程能够是等温过程、等容过程、等压过程，还能够是多个过程的组合形式，一定要理清晰细节过程而后求解。

〔极易失分〕【例题】如下图所示，有一长为L 右端开口的圆柱形气缸，一个质量不计的薄活塞封闭一定质量的理想气体，开始时活塞处在离左端L 32处，气体温度为270C ，现对气体加热。

(外界大气压恒为P 。

，绝对零度为-2730C ，活塞阻力不计)求：〔1〕活塞刚好到达最右端时，气缸内气体的温度。

〔2〕当加热到4270C 时，气体的压强。

【例题】如下图所示，体积为V 、内壁光滑的圆柱形导气缸顶部有一质量和厚度均可忽略的活塞；气缸内密封有温度为2.40T 、压强1.20P 的理想气体，0P 与0T 分别为大气的压强和温度。

：气体内能U 与温度T 的关系为=U T α，α为正的常量；容器内气体的所有变化过程基本上缓慢的。

求：〔1〕气缸内气体与大气达到平衡时的体积V1〔2〕在活塞下降过程中，气缸内气体放出的热量Q拓展：理想气体状态方程能够转化为相对应的数学函数，由数学函数的性质理解气体实验定律的图线并理解图线中斜率、面积等所表示的物理意义进而解决相关问题。

【例题】为了将空气装入气瓶内，现将一定质量的空气等温压缩，空气可视为理想气体、以下图象能正确表示该过程中空气的压强p 和体积V 关系的是〔〕【例题】如右图所示为一定质量的某种理想气体由状态A 通过状态C 变为状态B 的图象，以下说法正确的选项是〔〕A 、该气体在状态A 时的内能等于在状态B 时的内能B 、该气体在状态A 时的内能等于在状态C 时的内能C 、该气体在状态A 至状态B 为吸热过程D 、该气体由A 至C 对外界所做的功大于从C 至B 对外界所做的功【例题】一定质量的理想气体由状态A 变为状态C ，其有关数据如下图所示、假设气体在状态A 的体积VA＝2×10－3m3.求气体在状态C 时的体积、【例题】一定质量理想气体的状态经历了如下图所示的ab 、bc 、cd 、da 四个过程，其中bc 的延长线通过原点，cd 垂直于ab 且与水平轴平行，da 与bc 平行，那么气体体积在〔〕A 、ab 过程中不断增加B 、bc 过程中保持不变C 、cd 过程中不断增加D 、da 过程中保持不变 解：依照PV nR T =得：nR P T V =，由P T -图象可知bc 过程是等容过程，B 对；该图象的斜率正比于1V ，因此b c a d V V V V =>>，A 对，C 、D 错。

答案AB【例题】一定质量的某种理想气体从状态A 开始按下图所示的箭头方向通过状态B 达到状态C.气体在A 状态时的体积为1.5L ，求：(1)气体在状态C 时的体积；(2)从微观上解释从状态B 到状态C 气体压强变化的缘故；(3)说明A →B 、B →C 两个变化过程是吸热依旧放热，并比较热量大小、A →B 过程吸收的热量大于B →C 过程放出的热量。

二：气体热现象的微观解释①随机性与统计规律随机事件：假设在一定条件下某事件可能出现，也可能不出现，那么那个事件叫做随机事件。

拓展：在一定条件下，假设某事件必定出现，那么那个事件叫做必定事件；假设在一定条件下，某事件不可能出现，那么那个事件叫做不可能事件。

统计规律：大量随机事件整体表现出来的规律。

②气体分子运动的特点1、气体分子间的距离较大，气体分子可看做质点，但分子数密度仍然特别大。

2、分子间的相互作用力十分微弱，能够认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受其它力作用，每个分子都能够在空间自由运动，一定质量的气体的分子能够充满整个容器空间。

〔分子间的碰撞频繁，任何一个分子运动方向和速率大小基本上不断变化的，这确实是杂乱无章的气体分子热运动〕3、从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量气体分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的。

4、大量气体分子的速率是按一定规律分布的，呈“中间多，两头少”的分布规律，且那个分布状态与温度有关，温度升高时，气体分子的平均速率会增大。

③气体温度的微观意义理想气体的热力学温度T 与分子的平均动能成正比，即：k T aE =〔a 为比例常数〕 ∴温度是分子平均动能的标志。

④气体压强的微观意义1、气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的。

2、从微观角度来看，气体压强的大小与两个因素有关：一是气体分子的平均动能，二是分子的密集程度。

前者由温度决定，后者由体积决定，因此，气体的压强与温度和体积有关。

推广1：压强F P S =注意：F 为垂直于S 的有效正压力〔或理解为S 为垂直于F 的有效面积〕。

液体产生的压强P g h ρ=液〔h 为液体沿竖直方向上的有效高度〕1、单位：帕斯卡〔Pa 〕2、1标准大气压=51.0132510Pa ⨯=76cm 水银柱所产生的压强=10.336m 水柱产生的压强3、区分分子力与压力例：两铅块能压合在一起及钢绳不易拉断是因为分子之间存在引力；水难压缩，是因为分子之间有斥力；给车轮打气，车轮被打爆了，是因为气体分子频繁撞击轮胎产生的压强增大即压力增大的结果。

4、液体的沸点和液体表面的气压有关，气压越大，沸点越高。

例：高山上煮不熟饭是因为高山上气压低，水的沸点就低，故煮不熟饭。

5、液体，气体的流速越大，压强越小。

例：如下图所示，那么：【例题】如下图所示，一开口气缸内盛有密度为ρ的某种液体；一长为L 的粗细均匀的小瓶底朝上漂浮在液体中，平衡时小瓶露出液面的部分和进入小瓶中液柱的长度均为L/4.现用活塞将气缸封闭(图中未画出)，使活塞缓慢向下运动，各部分气体的温度均保持不变、当小瓶的底部恰好与液面相平时，进入小瓶中的液柱长度为L/2，求如今气缸内气体的压强、大气压强为P0，重力加速度为g.推广2：浮力F gV ρ=排注意：浮力实质是从压强差角度推出的压力差，因此在求解有关问题时，一定要注意计算了浮力就不要再考虑压力差，计算了压力差就不要再考虑浮力，否那么确实是重复而错解。