高中物理 第二章 气体 2 温度 内能 气体的压强学案 教科版选修3-3
教科版物理选修3-3讲义：第2章 2 温度 内能 气体的压强
2．温度内能气体的压强[先填空]1．分子动能：分子由于做热运动所具有的动能．2．平均动能：大量分子动能的平均值．3．温度与平均动能的关系(1)温度升高，分子的平均动能增大；温度降低，分子的平均动能减小．(2)分子热运动的平均动能与物体的温度成正比．(3)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动平均动能的标志．[再判断]1．温度是分子平均动能的标志．(√)2．温度升高时，物体的每个分子的动能都将增大．(×)3．分子的平均动能的大小与物质的种类有关．(×)[后思考]在热现象的研究中，为什么研究单个分子的动能没有意义，而是要研究所有分子的动能的平均值？【提示】物体内分子是大量的，各个分子的速度大小不同，因此，每个分子的动能大小不同，并且还在不断地改变．由于热现象是大量分子热运动的结果，因此研究单个分子运动的动能没有意义，而是要研究大量分子运动的平均动能．1．单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零．(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化．(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子的动能没有实际意义．2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义．温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大．个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．(2)只要温度相同，任何分子的平均动能都相同．由于不同物质的分子质量不尽相同，所以同一温度下，不同物质的分子运动平均速率大小一般不相同．1．关于温度，以下说法正确的是()A．温度是表示物体冷热程度的物理量B．温度是物体内大量分子平均速率的标志C．温度是物体内大量分子平均动能的标志D．一切具有相同的温度的物体其分子平均动能也相等E．不同的物质、温度相同、分子的总动能相同【解析】在宏观上，温度表示物体的冷热程度，在微观上，温度是分子平均动能的标志，A、C、D正确，B、E错误．。
高中物理选修3高中物理选修3第二章 气 体课件1：2.2 温度 内能 气体的压强
2、决定因素：
由物质的量、温度、体积共同决定 (质量和摩尔质量)
3、物体的内能和机械能的区别 区别 物体的内能 描述热学 机械能 描述机械运动
描述的对象不同
对应的运动 形式不同
分子的热运动
物体的机械运动
决定因素不同
物质的量、 温度、体积
物体的质量、运
动速度、所在的 位置
说明：
①物体内能发生变化,机械能不一定变化;机械能发生变化,物
第二章 气 体
2 温度 内能 气体的压强
教学设计
1、知道分子的平均动能跟温度有关,温度是分子平均动能的标志。
2、知道分子的势能,知道分子势能和分子力做功的关系。
3、知道什么是内能,知道物体的内能跟温 度、体积有关。
4、知道压强的微观意义。
教学重点
1、分子的平均动能与温度的关系。 2、分子的势能与分子间距离的关系。
用力。 2.影响因素： 气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子的密集 程度两个因素有关。
练习1：一杯水和一个钢球,它们的质量、温度都相等,那么 ( BD )
A、它们的内能一定相等 B、它们的分子平均动能一定相等 C、它们的分子平均速率一定相等 D、钢球投入水中,它们不会发生热传递
练习2：下列说法正确的是(
体的内能也不一定变化。
②物体的内能和机械能在一定条件下可以相互转化。如摩擦
生热。
③物体在任何状态下都具有内能但不一定具有机械能。
四、气体的压强
布朗运动说明了也体会气体分子中分子处于无规则运动 状态,大量的分子相互碰撞,并与浸入其中的物体或容器发生 碰撞,宏观上呈现出液体或气体的压强。 1.定义：
气体的压强就是大量分子作用在器壁单位面积上的平均作
2018学年高中物理 第2章 气体 气体的等温变化学案 教科版选修3-3
气体的等温变化【学习目标】1．知道气体的温度、体积和压强为气体的状态参量．2．知道温度、体积和压强的准确定义及各自的单位。
3．知道大气压强和大气压强的特点及测量方法．4．会计算不同运动状态下密闭气体的压强。
5．知道什么是等温变化．6．知道气体等温变化时应遵守玻意耳定律及定律内容和表达式．7．知道-p V 图象上等温变化的图线及物理意义．8．掌握利用-p V 图象和等温变化规律分析解决实际问颞．【要点梳理】要点一、气体的状态参量用以描述气体宏观性质的物理量，叫状态参量，对于一定质量的某种气体来说，描述其宏观性质的物理量有温度、体积、压强三个．我们把温度、体积、压强三个物理量叫气体的状态参量．1．体积（1）气体的体积就是指气体分子所能达到的空间．（2）单位：国际单位3m ，常用单位还有L m L 、．331 L 10m3 1 dm ==－，631 mL 10m3 1 cm ==－． 要点诠释：气体分子可以自由移动，所以气体总要充满容器的整个空间，因此气体的体积就是容器的容积．2．温度（1）温度是表示物体冷热程度的物理量．（2）温度的微观含义：温度是物体分子平均动能的标志，表示物体内部分子无规则运动的剧烈程度．（3）温度的两个单位：①摄氏温度：规定1标准大气压下，冰水混合物的温度为0℃，沸水的温度为100℃．表示符号为t ．②热力学温度：规定273.15－℃为热力学温度的0K 。
热力学温度与摄氏温度单位等大．表示符号为T ，单位为开尔文，符号为K 。
热力学温度是国际单位制中七个基本物理量之一．0K 称为绝对零度，是低温的极限。
③热力学温度与摄氏温度的关系是：273.15 K T t =+，一般地表示为273K T t =+．3．压强（1）定义：气体作用在器壁单位面积上的压力叫做气体的压强．（2）单位：国际单位Pa ，常用单位还有标准大气压atm 、毫米汞柱mmHg ．21 Pa 1 N/m =．51 atm 1.01310Pa =⨯．1 mmHg 133 Pa =．1 atm 76 cmHg 760 mmHg ==．（3）微观解释①气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生的，压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．②气体压强的决定因素气体分子的平均动能与分子的密集程度．分子平均动能越大，分子碰撞器壁对器壁产生的作用力就越大，气体的压强就越大；在分子平均动能一定时，气体分子越密集，每秒撞击器壁单位面积的分子数就越多，气体压强也就越大．③理想气体压强公式2/3p n ε=．式中/n N V =，是单位体积的分子数，表示分子分布的密集程度，ε是分子的平均动能．要点诠释：一定质量的气体，它的温度、体积和压强三个状态参量的变化是相关联的．如果这三个量都不改变，则气体处于一定的状态中；如果三个量中有两个发生改变，或者三个都发生改变，则气体状态发生了改变．要点二、容器静止、匀速运动或加速运动时求封闭气体的压强1．容器静止或匀速运动时求封闭气体的压强（1）连通器原理：在连通器中，同一液体（中间液体不间断）的同一水平液面上的压强是相等的．（2）在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p gh ρ=时，应特别注意h 是表示液面间竖直高度，不一定是液柱长度．（3）求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程．（4）求由固体封闭（如汽缸和活塞封闭）气体的压强，应对此固体（如活塞或汽缸）进行受力分析，列出力平衡方程．要点诠释：若选取的是一个参考液片，则液片自身重力不计；若选取的是某段液柱或固体，则它们自身的重力也要加以考虑．一般的计算步骤为：选取研究对象，分析对象的受力情况，建立力的平衡方程，若可消去横截面积，则进一步得到压强平衡方程．最后解方程得到封闭气体的压强，计算时要注意单位的正确使用．2．容器加速运动时求封闭气体的压强（1）当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液体柱、固体等作为研究对象，进行受力分析，画出分析图示．（2）根据牛顿第二定律列出方程．（3）结合相关原理解方程，求出封闭气体的压强．（4）根据实际情况进行讨论，得出结论．3．气体压强与大气压强因密闭容器中的气体密度一般很小，由气体自身重力产生的压强极小，可以忽略不计，故气体压强由气体分子碰撞器壁产生，与地球引力无关．气体对上下左右器壁的压强大小都是相等的．测量气体压强用压强计．如金属压强计（测较大的压强）和液体压强计（测较小的压强）．大气压强却是由于空气受到重力作用紧紧包围地球而对“浸”在它里面的物体产生的压强．由于地球引力作用的原因，大气层的分子密度上方小、下方大，从而使得大气压的值随高度的增加而减小．测量大气压强用气压计，它根据托里拆利管的原理制成，借助于一端封闭，另一端插入槽内的玻璃管中的水银柱高度来测量大气压强，其静止时的读数等于外界大气压强的值要点三、气体的等温变化1．等温变化气体的状态由状态参量决定，对一定质量的气体来说，当三个状态参量都不变时，我们就说气体的状态一定．否则气体的状态就发生了变化．对于一定质量的气体，压强、温度、体积三个状态参量中只有一个量变而其他量不变是不可能的，起码其中有两个量变或三个量都发生变化．一定质量的气体，在温度不变时发生的状态变化过程，叫做气体的等温变化．2．探究气体等温变化的规律（1）实验：见课本P18．（2）数据处理．以压强p 为纵坐标，以体积的1V为横坐标，把以上各组数据在坐标系中描点，得到如图所示图象．要点诠释：①温度控制等温变化本身已明确了控制变量的研究方法，做实验时要缓慢进行，避免做功升温，不要用手直接接触气体部分玻璃管，避免影响温度．②实验数据处理采用1V来处理，化曲线为直线，便于观察规律和图线描绘，这也是物理学研究的方法． 3．玻意耳定律（1）内容：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，即pV =常量，或1122pV p V =．其中11p V 、和22p V 、分别表示气体在12、两个不同状态下的压强和体积． （2）研究对象：一定质量的气体，且这一部分气体保持温度不变．（3）适用条件：压强不太大（与大气压相比），温度不太低（与室温相比）．（4）数学表达式：1221p V p V =，或1122pV p V =，或pV C =（常数）． 要点诠释：①此定律中的恒量C 不是一个普通恒量，它与气体所处的温度高低有关，温度越高，恒量C 越大．②由于经常使用1122pV p V =或1221p V p V =这两种形式，故对单位要求使用同一单位即可． 要点四、气体等温变化的p V -图1．气体等温变化的p V -图（1）p V -图象．一定质量的气体发生等温变化时的p V -图象如图所示，图象为双曲线的一支．要点诠释：①平滑的曲线是双曲线的一段。
2021-2022高二物理教科版选修3-3学案：第二章 气 体 Word版含解析
学案7 章末总结
一、气体试验定律
对肯定质量的抱负气体，在做等温、等容和等压变化的过程中，分别遵循玻意耳定律、查理定律和盖吕萨克定律，在使用这三个定律时，要留意状态参量的求解.三个定律的区分如下表所示：
在p －V 图中，p 与V
乘积越大，温度越高，如图 T 2>T 1.
在p －1
V 图中，直线的
斜率越大，温度越高，如图 T 2>T 1
直线的斜率越大，体积越小，如图V 2<V 1
直线的斜率越大，压强越小，如图p 2<p 1
例1 如图1所示，两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同汽缸直立放置，汽缸底部和顶部均有细管连通，顶部的细管带有阀门K.两汽缸的容积均为V 0，汽缸中各有一个绝热活塞(质量不同，厚度可忽视).开头时K 关闭，两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为抱负气体)，压强分别为p 0和p 0
3；左活塞在汽缸正中间，其上
方为真空；右活塞上方气体体积为V 0
4.现使汽缸底与一恒温热源接触，平衡后左活塞升至汽缸顶部，且与顶部
刚好没有挤压；然后打开K ，经过一段时间，重新达到平衡.已知外界温度为T 0，不计活塞与汽缸壁间的摩擦.
求：
图1
(1)恒温热源的温度T ；
(2)重新达到平衡后，左汽缸中活塞上方气体的体积V x .
解析 (1)设左、右活塞的质量分别为M 1、M 2，左、右活塞的横截面积均为S 由活塞平衡可知：p 0S ＝M 1g ① p 0S ＝M 2g ＋p 0S 3得M 2g ＝2
3
p 0S ②
打开阀门后，由于左边活塞上升到顶部，但对顶部无压力，所以下面的气体发生等压变化，而右侧上方气体。
2019-2020高中物理第二章第2节温度内能气体的压强课件教科选修3_3
[解析] 两分子间的斥力和引力的合力 F 与 分子间距离 r 的关系如图中曲线所示，曲线与 r 轴交点的横坐标为 r0。由图可知，乙分子受到的 分子力先变小，位于平衡位置时，分子力为零，过平衡位 分子力先变大再变小，故乙分子的加速度先变小再反向 再变小，故 A 错误。当 r 小于 r0 时，分子间的作用力表 力，F 做正功，分子动能增加，势能减小，当 r 等于 r0 能最大，势能最小，当 r 大于 r0 时，分子间作用力表现为 分子力做负功，动能减小，势能增加。故 B、D 正确，C
[解析] 温度低的物体分子平均动能小，内能不一 选项 A 错误 B 正确；外界对物体做功时，若同时散热 的内能不一定增加，选项 C 错误；做加速运动的物体 速度越来越大，动能越大，但温度不一定升高，物体分 平均动能不一定增大，选项 D 错误。
[答案] B
[借题发挥] 对同一物体，不考虑形变时，机械能由 观速度和相对地面的高度决定；内能则与其内部分子无 运动及其聚集状态有关，它跟物体整体的宏观速度和高 直接联系。
[答案] BD
[借题发挥] 分子受力方向与运动方向相同还是 定分子是加速还是减速；分子力做正功还是负功决定 能是增加还是减小。
物体的内能
[例 3] 关于物体的内能，下列说法正确的是 A．温度低的物体内能一定小 B．温度低的物体分子运动的平均动能一定小 C．外界对物体做功时，物体的内能一定增加 D．做加速运动的物体，由于速度越来越大，因此物 子的平均动能越来越大
(1)温度是分子平均动能的“量度”，温度只与物体 子热运动的统计意义上的平均动能相对应，与单个分子 有关系。
高中物理选修3高中物理选修3第二章 气 体课件2： 2.2 温度 内能 气体的压强
体
2 温度 内能 气体的压强
一、分子的动能
1.组成物体的每个分子都在永不停息的做无规则运动,因此具 有动能。 2.在相同的状态下,每个分子的动能并不相同,一般所讨论的是
物体内所有分子动能的平均值——分子的平均动能。
物体内所有分子动能的平均值叫做分子热运动的平均动能。
3.温度是物体分子平均动能的标志。 宏观上物体的冷热程度,是微观上大量分子热运动的集体表现。 温度越高,分子热运动的平均动能就越大。
四、气体的压强
布朗运动说明了也体会气体分子中分子处于无规则运动
状态,大量的分子相互碰撞,并与浸入其中的物体或容器发生
碰撞,宏观上呈现出液体或气体的压强。 1.定义： 气体的压强就是大量分子作用在器壁单位面积上的平均作 用力。
2.影响因素：
气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子的密集 程度两个因素有关。
课堂小结
•分子因热运动而具有的能量 分子动能 •同温度下各分子的分子动能EK不同 •分子动能的平均值仅和温度有关
•分子间因有相互作用力而具有的、由它们相互位 置决定的能量. 分子势能 • r＜r0时,r↓→EP↑;r＞r0时,r↑→EP↑。 r＝r0时,EP最低 •EP随物态的变化而变化
•物体内所有分子的EK 和EP 总和 物体内能 •物体的内能与温度和体积有关
很近,两分子间距离为r0时分子间的引力与斥力平衡。把移动过
程分为r>r0和r<r0这样两个阶段。 1.这两个阶段中分子间的力在做正功还是负功？分子势能在 怎样变化？
2.分子势能何时最低？ 3.在图中画出分子势能EP与分子距离r关系的曲线,要求表现出 EP最小值的位置及EP变化的大致趋势。 4.如果两个分子只受两者间分子力的作用,从力的角度讲,什么 情况下两分子处于平衡态？从分子势能的角度讲呢？
版高中物理-第二章-气体-3-气体实验定律学案-教科版选修3-3
版高中物理-第二章-气体-3-气体实验定律学案-教科版选修3-33 气体实验定律[学习目标] 1.知道什么是气体的状态参量.2.掌握热力学温度的定义，知道什么是温标，理解摄氏温度与热力学温度的区别与联系.3.通过实验探究，知道玻意耳定律、查理定律、盖吕萨克定律的内容和公式．一、气体的状态参量1．气体的状态参量描述气体状态的物理量：一定质量的气体有三个状态参量，分别是：体积、温度和压强．2．气体的体积和压强(1)体积：气体占有空间的大小，符号是V，单位：立方米(m3)、升(L)和毫升(mL)．1L＝10－3m3,1mL＝10－6m3(2)压强：大量气体分子对器壁撞击的宏观表现．符号是p，国际单位：帕斯卡(Pa)．1Pa＝1N/m2，常用单位还有标准大气压(atm)和毫米汞柱(mmHg)．3．温度(1)概念：表示物体冷热程度的物理量，是分子平均动能的标志．(2)两种温标：①摄氏温标：早期的摄氏温标规定，标准大气压下冰的熔点为0_℃，水的沸点为100_℃.用摄氏温标表示温度叫摄氏温度，符号是t.②热力学温度用T表示，单位是开尔文，简称开(K)．(3)摄氏温度t和热力学温度T间的关系：T＝t ＋273.15.二、玻意耳定律1．内容：一定质量的某种气体，在温度保持不变的情况下，压强p与体积V成反比．2．表达式：pV＝常量．3．适用条件：气体的质量一定，温度不变．三、查理定律1．等容变化：一定质量的某种气体，在体积不变时，压强随温度的变化叫做等容变化．2．内容：一定质量的气体，在体积不变的情况下，压强p与热力学温度T成正比．3．表达式：pT＝常量．4．适用条件：气体的质量和体积不变．四、盖吕萨克定律1．等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度的变化叫做等压变化．2．内容：一定质量的气体，在压强不变的情况下，体积V与热力学温度T成正比．3．表达式：VT＝常量．4．适用条件：气体的质量和压强不变．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)0℃的温度可以用热力学温度粗略地表示为273K．(√)(2)气体做等容变化时，温度从13℃上升到52℃，则气体的压强升高为原来的4倍．(×) (3)对于一定质量的气体，在压强不变时，若温度升高，则体积减小．(×)(4)若体积增大到原来的两倍，则摄氏温度升高到原来的两倍．(×)2．一定质量的某种气体发生等温变化时，若体积增大了n倍，则压强变为原来的_______倍．答案1 n＋1一、气体的状态参量[导学探究] 在力学中，为了确定物体运动的状态，我们使用了物体的位移和速度这两个物理量．在热学中如果我们要研究一箱气体的状态，需要哪些物理量呢？答案体积、温度和压强[知识深化]1．摄氏温标一种常用的表示温度的方法，规定标准大气压下冰的熔点为0°C，水的沸点为100°C.在0°C 和100°C之间均匀分成100等份，每份算做1°C.2．热力学温标现代科学中常用的表示温度的方法，热力学温标也叫绝对温标．3．摄氏温度与热力学温度的关系T＝t＋273.15，可粗略地表示为T＝t＋273. 例1 (多选)关于热力学温度与摄氏温度，下列说法正确的是( )A．摄氏温度和热力学温度都不能取负值B．温度由t(°C)升到2t(°C)时，对应的热力学温度由T(K)升到2T(K)C．－33°C＝240.15KD．摄氏温度变化1°C，也就是热力学温度变化1K答案CD解析摄氏温度能取负值，A错误；由热力学温度与摄氏温度的关系T＝t＋273.15知，B错误，C正确；摄氏温度与热力学温度在表示温度的变化时，变化的数值是相同的，故D正确．二、玻意耳定律[导学探究]1．如图1所示为“探究气体等温变化的规律”的实验装置，实验过程中如何保证气体的质量和温度不变？图1答案保证气体质量不变的方法：实验前在柱塞上涂好润滑油，以免漏气．保证气体温度不变的方法①改变气体体积时，缓慢进行，等稳定后再读出气体压强，以防止气体体积变化太快，气体的温度发生变化．②实验过程中，不用手接触注射器的圆筒，防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化．2．玻意耳定律成立的条件是什么？答案一定质量的气体，且温度不变．[知识深化]1．实验探究(1)实验器材：铁架台、玻璃管(带活塞)、气压计等．(2)研究对象(系统)：玻璃管内被封闭的空气柱．(3)实验方法：控制气体温度和质量不变，研究气体压强与体积的关系．(4)数据收集：压强由气压计读出，空气柱长度由刻度尺读出，空气柱长度与横截面积的乘积即为体积．(5)数据处理：以压强p 为纵坐标，以体积的倒数1V 为横坐标，作出p －1V 图像，图像结果：p －1V 图像是一条过原点的直线．(6)实验结论：压强跟体积的倒数成正比，即压强与体积成反比．2．常量的意义p 1V 1＝p 2V 2＝常量该常量与气体的种类、质量、温度有关，对一定质量的气体，温度越高，该常量越大．例2 一定质量的气体，压强为3atm ，保持温度不变，当压强减小了2atm 时，体积变化了4L ，则该气体原来的体积为( )A.43LB ．2LC.83LD ．3L 答案 B解析 设该气体原来的体积为V 1，由玻意耳定律得3V1＝(3－2)·(V1＋4)，解得V1＝2L.利用玻意耳定律解题的基本思路1．明确研究对象，并判断是否满足玻意耳定律的条件．2．明确初、末状态及状态参量(p1、V1；p2、V2) 3．根据玻意耳定律列方程求解．三、查理定律与盖吕萨克定律[导学探究] (1)根据探究等温变化的实验方法，设计一个实验，在保持体积不变的情况下，探究压强与温度的关系．(2)设计实验，探究在压强不变时体积与温度的关系．答案(1)用上面实验探究里的实验装置．保证气体的体积不变，把玻璃管浸入水中，改变水温，读出不同温度时气体的压强大小，多测几组数据，用这些数据研究压强与温度的关系．(2)可利用如下装置．改变水温，测出不同温度时气体的体积，多测几组数据，用这些数据研究体积与温度的关系．[知识深化]1．查理定律及推论表示一定质量的某种气体从初状态(p、T)开始发生等容变化，其压强的变化量Δp与温度的变化量ΔT成正比．2．盖吕萨克定律及推论表示一定质量的某种气体从初状态(V、T)开始发生等压变化，其体积的变化量ΔV与温度的变化量ΔT成正比．例3 灯泡内充有氮、氩混合气体，如果要使灯泡内的混合气体在500℃时的压强不超过一个大气压，灯泡容积不变，则在20℃的室温下充气，灯泡内气体的压强至多能充到多少？答案0.38atm解析灯泡内气体初、末状态的参量分别为气体在500℃，p1＝1atm，T1＝(273＋500)K＝773K.气体在20℃时，T2＝(273＋20)K＝293K.由查理定律p1T1＝p2T2得p2＝T2T1p1＝293773×1atm≈0.38atm.利用查理定理解题的基本思路1．明确研究对象并判断是否满足查理定律的条件．2．明确初、末状态及状态参量(p1、T1；p2、T2)．3．根据查理定律列方程求解．例4一定质量的气体在等压变化中体积增大了12，若气体原来的温度为27℃，则温度的变化是( ) A ．升高了450KB ．升高了150℃C ．降低了150℃D ．降低了450℃ 答案 B解析 由盖吕萨克定律可得V 1V 2＝T 1T 2，代入数据可知，132＝300K T 2，得T 2＝450K ．所以温度升高Δt＝150K ，即温度升高150℃.判断出气体的压强不变是运用盖吕萨克定律的关键.1．(气体的状态参量)(多选)关于温度与温标，下列说法正确的是( )A．用摄氏温标和热力学温标表示温度是两种不同的表示方法B．摄氏温度与热力学温度都可以取负值C．摄氏温度升高3℃，在热力学温标中温度升高276.15KD．热力学温度升高3K与摄氏温度升高3℃是等效的答案AD解析温标是温度数值的表示方法，常用的温标有摄氏温标和热力学温标，A正确；摄氏温度可以取负值，但是热力学温度不能取负值，因为热力学温度的零点是低温的极限，故选项B错；摄氏温度升高3℃，也就是热力学温度升高了3K，故选项C错，D正确．2．(玻意耳定律)如图2所示，某种自动洗衣机进水时，与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气，通过压力传感器感知管中的空气压力，从而控制进水量．设温度不变，洗衣缸内水位升高，则细管中被封闭的空气( )图2A．体积不变，压强变小B．体积变小，压强变大C．体积不变，压强变大D．体积变小，压强变小答案 B解析由题图可知空气被封闭在细管内，水面升高时，气体压强就增大，根据玻意耳定律，气体体积一定减小，B选项正确．3．(查理定律)一定质量的气体，体积保持不变，下列过程可以实现的是( )A．温度升高，压强增大B．温度升高，压强减小C．温度不变，压强增大D．温度不变，压强减小答案 A解析 由查理定律pT＝常量，得温度和压强只能同时升高或同时降低，故A 项正确．4．(盖吕萨克定律)一定质量的气体，如果保持它的压强不变，降低温度，使它的体积为0℃时的1n倍，则此时气体的温度为( )A.－273n℃ B.－273(1－n )n℃C.－273(n －1)n℃ D ．273n (n －1) ℃答案 C解析 根据盖吕萨克定律，在压强不变的条件下V 0273＝V 1t ＋273，又V 1＝V 0n，整理后得t ＝－273(n －1)n℃.一、选择题考点一气体的状态参量1．关于温标，下列说法正确的是( ) A．温标不同，测量时得到同一系统的温度数值可能是不同的B．不同温标表示的温度数值不同，则说明温度不同C．温标的规定都是人为的，没有什么理论依据D．热力学温标和摄氏温标是两种不同的温度表示方法，表示的温度数值没有关系答案 A解析温标不同，测量同一系统的温度数值一般不同，A对，B错．每一种温标的规定都有一定意义，如摄氏温标的0°C表示标准大气压下冰的熔点，100°C为标准大气压下水的沸点，C 错．热力学温标和摄氏温标在数值上有T＝t＋273.15K，D错．2．(多选)下列关于热力学温度的说法中正确的是( )A．－33℃＝240KB．温度变化1℃，也就是温度变化1KC．摄氏温度与热力学温度都可能取负值D．温度由t℃升至2t℃，对应的热力学温度升高了t＋273K答案AB解析热力学温度与摄氏温度的关系为T＝t＋273K，由此可知：－33℃＝240K，故A、B选项正确；D中初态热力学温度为t＋273K，末态为2t＋273K，温度升高了t K，故D选项错误；因绝对零度达不到，故热力学温度不可能取负值，故C选项错误．考点二玻意耳定律的应用3．一个气泡由湖面下20m深处缓慢上升到湖面下10m深处，它的体积约变为原来体积的( ) A．3倍B．2倍C．1.5倍D．0.7倍答案 C解析 气泡缓慢上升过程中，温度不变，气体发生等温变化，湖面下20m 处，水的压强约为2个标准大气压(1个标准大气压相当于10m 水产生的压强)，故p 1＝3atm ，p 2＝2atm ，由p 1V 1＝p 2V 2，得：V 2V 1＝p 1p 2＝3atm 2atm＝1.5，故C 项正确．4．大气压强p 0＝1.0×105Pa.某容器的容积为20L ，装有压强为20×105Pa 的气体，如果保持气体温度不变，把容器的开关打开，待气体达到新的平衡时，容器内剩下的气体质量与原来气体的质量之比为( ) A ．1∶19 B ．1∶20 C ．2∶39 D ．1∶18答案 B解析 由p 1V 1＝p 2V 2，得p 1V 0＝p 0(V 0＋V )，因V 0＝20L ，则V ＝380L ，即容器中剩余20L 压强为p 0的气体，而同样大气压下气体的总体积为400L ，所以剩下气体的质量与原来质量之比等于同压下气体的体积之比，即20400＝120，B项正确．考点三查理定律的应用5．一定质量的气体，在体积不变的条件下，温度由0℃升高到10℃时，其压强的增量为Δp1，当它由100℃升高到110℃时，所增压强为Δp2，则Δp1与Δp2之比是( )A．10∶1 B．373∶273C．1∶1 D．383∶283答案 C解析由查理定律得Δp＝pTΔT.一定质量的气体在体积不变的条件下ΔpΔT＝常量，温度由0℃升高到10℃和由100℃升高到110℃，ΔT＝10K 相同，故压强的增量Δp1＝Δp2，C项正确．6．民间常用“拔火罐”来治疗某些疾病，方法是将点燃的纸片放入一个小罐内，当纸片燃烧完时，迅速将火罐开口端紧压在皮肤上，火罐就会紧紧地“吸”在皮肤上．其原因是，当火罐内的气体( )A．温度不变时，体积减小，压强增大B．体积不变时，温度降低，压强减小C．压强不变时，温度降低，体积减小D．质量不变时，压强增大，体积减小答案 B解析纸片燃烧时，罐内气体的温度升高，将罐压在皮肤上后，封闭气体的体积不再改变，温度降低时，由p∝T知封闭气体压强减小，罐紧紧“吸”在皮肤上，B选项正确．7．对于一定质量的气体，以下说法正确的是( )A．气体做等容变化时，气体的压强和摄氏温度成正比B．气体做等容变化时，温度升高1℃，增大的压强是原来压强的1 273C ．气体做等容变化时，气体压强的变化量与温度的变化量成正比D ．由查理定律可知，等容变化中，气体温度从t 1升高到t 2时，气体压强由p 1增加到p 2，且p 2＝p 1(1＋t 2－t 1273)答案 C解析 一定质量的气体做等容变化时，气体的压强跟热力学温度成正比，跟摄氏温度不是正比关系，A 错误；由查理定律得Δpp＝ΔTT，故气体做等容变化时，温度升高1℃，增大的压强是原来压强的1T(T 为气体原来的热力学温度)，B 错误；因为p 1T 1＝p 2T 2＝p 2－p 1T 2－T 1＝常量，可知气体压强的变化量总是跟温度的变化量成正比，无论是摄氏温度，还是热力学温度，C 正确；p 2＝p 1(1＋t2－t1t1＋273)，D错误．考点四盖吕萨克定律的应用8．一定质量的气体保持其压强不变，若热力学温度降为原来的一半，则气体的体积变为原来的( )A．四倍B．二倍C．一半D．四分之一答案 C9．房间里气温升高3℃时，房间内的空气将有1%逸出到房间外，由此可计算出房间内原来的温度是( )A．－7℃B．7℃C．17℃D．27℃答案 D解析以升温前房间里的气体为研究对象，由盖吕萨克定律：T＋3T＝V(1＋1%)V，解得：T＝300K，t＝27℃.所以答案选D.10．一定质量的气体，在压强不变的情况下，温度由5℃升到10℃，体积的增量为ΔV1；温度由10℃升到15℃，体积的增量为ΔV2，则( ) A．ΔV1＝ΔV2B．ΔV1>ΔV2C．ΔV1<ΔV2D．无法确定答案 A解析解法一：当p不变时，由盖吕萨克定律V T ＝常量，知V1278＝V2283＝V3288，ΔV1＝V2－V1＝5278V1，ΔV2＝V3－V2＝5283V2＝5283·283278V1＝5278V1，故A正确．解法二：当p不变时，由ΔVΔT＝常量，ΔT1＝ΔT2＝5K，则ΔV1＝ΔV2.二、非选择题11．(玻意耳定律的应用)如图1所示，喷雾器内有10L水，上部封闭有1atm的空气2L．关闭喷雾阀门，用打气筒向喷雾器内再充入1atm的空气3L(设外界环境温度一定，空气可看作理想气体)．当水面上方空气温度与外界温度相等时，求空气压强．图1答案 2.5atm解析设空气初态压强为p1，体积为V1；末态压强为p2，体积为V2，由玻意耳定律p1V1＝p2V2将p1＝1atm，V1＝2L＋3L＝5L，V2＝2L代入上式得，p2＝2.5atm.12．(查理定律的应用)用易拉罐盛装碳酸饮料非常卫生和方便，但如果剧烈碰撞或严重受热会导致爆炸．我们通常用的可乐易拉罐容积V＝355mL.假设在室温(17℃)罐内装有0.9V的饮料，剩余空间充满CO2气体，气体压强为1atm.若易拉罐承受的压强为 1.2atm，则保存温度不能超过多少摄氏度？答案75℃解析取CO2气体为研究对象，则：初状态：p1＝1atm，T1＝(273＋17) K＝290K. 末状态：p2＝1.2atm，T2＝未知量．气体发生等容变化，由查理定律p1T1＝p2T2得：T2＝p2p1T1＝1.2×2901K＝348K，t＝(348－273) ℃＝75℃.13．(气体实验定律的综合应用)有一块防水仪表，密封性能良好，表内外压强差超过 6.0×104Pa时表盘玻璃将爆裂．某运动员携带此表攀登珠峰，山下温度为27℃，表内气压为 1.0×105Pa，表内气体的摩尔体积为V.登上珠峰时，表盘玻璃发生爆裂，此时山上气温为－23℃，表内气体体积的变化可忽略不计．分析说明表盘玻璃是向外还是向内爆裂，并求山顶大气压强是多新人教部编版初高中精选试卷少？(结果保留两位有效数字)。
高中物理教科版选修(3-3)2.2 教学课件 《温度 内能 气体压强》(教科版)
一、分子动能 温度
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单个分子动能：
我们已经知道分子永不停息的做无规则运动，因此分子 具有动能，又因为分子之间不停地碰撞，故分子的速度一直 在发生变化，所以动能也在不断变化。
平均动能：
因为单个分子的动能不断在变化，因此我们不好研究。而 大量分子热运动速率符合气体速率分布规律，因此大量分子 动能有一个平均值。
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第二章 · 气体
二、温度 内能 气体的压强
教育科学出版社 高二 | 选修3-3
学习目标： 1.掌握做热运动的分子具有热能以及温度是分子平均动能的量度。 2.掌握分子间作用力、分子间距离、势能和内能的关系。 3.掌握物体内能与体积和温度有关。 4.了解气体压强产生的原理。
需要注意的是：温度是大量分子无规则热运动的宏观表现， 它仅仅与大量分子热运动的平均动能相对应，离开了大量分子来说 温度是没有意义的。
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随堂练习1：
关于温度下列说法正确的是： A.温度是表示物体冷暖程度的物理量。 B.温度是物体内大量分子运动平均速率的标志。 C.温度是物体内大量分子运动平均动能的标志。 D.一切具有相同温度的物体，其分子平均动能也一样。 E.不同物质，温度相同，它们的分子总动能相同。
如正如我们猜想的一样，气体的压强是由大量气素有关， 我们做了三 组实验。
A组，不同数量相同质 量的小球以相同的高 度落下
B组，相同数量但质量 不同的小球以相同的 高度落下
C组，相同数量相同质 量的小球以不同的高 度落下
三、气体的压强
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这样通过平均动能就方便我们对分子动能的研究。
高中物理第2章气体2温度内能气体的压强课件教科版选修3-3
分子势能图像问题的两点提醒 (1)分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离 r0，而分子力 图像的最低点(引力最大值)对应的距离大于 r0； (2)分子势能图像与 r 轴交点表示的距离小于 r0，分子力图像与 r 轴交点表示 平衡距离 r0.
气体的压强
[先填空] 1．产生原因 气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁频繁持续的碰撞 产生的．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力． 2．从微观角度来看，气体压强的决定因素 (1)一个是气体分子的平均动能． (2)一个是分子的密集程度．
气体压强的分析技巧 1．明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持 续地碰撞．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力． 2．明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能． 3．只有知道了两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变 化都不能决定压强是否变化．
2．分子势能的决定因素 (1)宏观上：与物体的体积有关． (2)微观上：与分子间的距离有关． ①若 r＞r0，当 r 增大时，分子势能增加． ②若 r＜r0，当 r 减小时，分子势能增加． ③若 r＝r0，分子势能最小．
3．内能：物体中所有分子热运动的动和能分子势能的总和． 4．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在无做 规则的热运动，所以任何 物体都具有内能．
知
知
识
识
点
点
一
三
2．温度 内能 气体的压强
2019-2020教科版物理选修3-3第2章 2.温度 内能 气体的压强
2.温度内能气体的压强[先填空]1．分子动能：分子由于做热运动所具有的动能．2．平均动能：大量分子动能的平均值．3．温度与平均动能的关系(1)温度升高，分子的平均动能增大；温度降低，分子的平均动能减小．(2)分子热运动的平均动能与物体的温度成正比．(3)温度的微观本质：温度是物体内分子热运动平均动能的标志．[再判断]1．温度是分子平均动能的标志．(√) 2．温度升高时，物体的每个分子的动能都将增大．(×) 3．分子的平均动能的大小与物质的种类有关．(×) [后思考]在热现象的研究中，为什么研究单个分子的动能没有意义，而是要研究所有分子的动能的平均值？【提示】物体内分子是大量的，各个分子的速度大小不同，因此，每个分子的动能大小不同，并且还在不断地改变．由于热现象是大量分子热运动的结果，因此研究单个分子运动的动能没有意义，而是要研究大量分子运动的平均动能．1．单个分子的动能(1)物体由大量分子组成，每个分子都有分子动能且不为零．(2)分子在永不停息地做无规则热运动，每个分子动能大小不同并且时刻在变化．(3)热现象是大量分子无规则运动的统计结果，个别分子的动能没有实际意义．2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义．温度升高，分子平均动能增大，但不是每一个分子的动能都增大．个别分子动能可能增大也可能减小，个别分子甚至几万个分子热运动的动能大小与温度是没有关系的，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．(2)只要温度相同，任何分子的平均动能都相同．由于不同物质的分子质量不尽相同，所以同一温度下，不同物质的分子运动平均速率大小一般不相同．1．关于温度，以下说法正确的是()A．温度是表示物体冷热程度的物理量B．温度是物体内大量分子平均速率的标志C．温度是物体内大量分子平均动能的标志D．一切具有相同的温度的物体其分子平均动能也相等E．不同的物质、温度相同、分子的总动能相同【解析】在宏观上，温度表示物体的冷热程度，在微观上，温度是分子平均动能的标志，A、C、D正确，B、E错误．【答案】ACD2．当氢气和氧气的质量和温度都相同时，下列说法中正确的是()A．两种气体分子的平均动能相等B．氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率C．氢气分子的平均动能大于氧气分子的平均动能D．两种气体分子热运动的总动能不相等E．两种气体分子热运动的平均速率相等【解析】温度相同，两种气体分子的平均动能相等，A对、C错；因两种气体分子的质量不同，平均动能又相等，所以分子质量大的(氧气)分子平均速率小，故B对、E错；由于两种气体的摩尔质量不同，物质的量不同(质量相同)，分子数目就不等，故总动能不相等，选项D对．【答案】ABD3．关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是()A．某种物体的温度是0 ℃，说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度升高时，某个分子的动能可能减小C．物体温度升高时，速率小的分子数目减少，速率大的分子数目增多D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高E．物体的温度与物体的速度无关【解析】某种物体温度是0 ℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，从微观上讲，分子运动快慢是有差别的，各个分子运动的快慢无法跟踪测量，而温度的概念是建立在统计规律的基础上的，在一定温度下，分子速率大小按一定的统计规律分布，当温度升高时，说明分子运动剧烈，平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大；物体的运动速度越大，说明物体的动能越大，这并不表示物体内部分子的热运动加剧，则物体的温度不一定高，所以B、C、E正确．【答案】BCE关于温度的两个注意事项1．因为温度是分子平均动能的唯一标志，所以会误认为0 ℃的物体中分子的平均动能也为零，要正确理解0 ℃的意义．2．温度是物体分子平均动能的标志，而不是物体分子动能的标志．知识点二| 分子势能内能[先填空]1．分子势能：由于分子间存在分子力，分子具有的由分子间的相对位置决定的势能．2．分子势能的决定因素(1)宏观上：与物体的体积有关．(2)微观上：与分子间的距离有关．①若r＞r0，当r增大时，分子势能增加．②若r＜r0，当r减小时，分子势能增加．③若r＝r0，分子势能最小．3．内能：物体中所有分子热运动的动能和分子势能的总和．4．内能的普遍性：组成任何物体的分子都在做无规则的热运动，所以任何物体都具有内能．5．内能的决定因素(1)物体所含的分子总数由物质的量决定．(2)分子的热运动平均动能由温度决定．(3)分子势能与物体的体积有关，故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态变化的影响．[再判断]1．任何物体都具有内能．(√) 2．物体内能只与温度有关．(×) 3．物体的温度降低体积变大时，物体的内能一定变大．(×) [后思考]0 ℃的冰熔化为0 ℃的水时，内能是否发生变化？【提示】0 ℃的冰熔化为0 ℃的水，温度不变，分子的平均动能不变，但由于冰的体积减小，变成水后分子势能发生变化，故内能发生变化．1．分子势能与分子力做功的关系(1)分子力做正功，分子势能减少，分子力做了多少正功，分子势能就减少多少．(2)分子力做负功，分子势能增加，克服分子力做了多少功，分子势能就增加多少．2．分子势能与分子间距的关系和分子势能E p随r变化的图像．可以看到：如图为分子间作用力F合(1)当r＝r0时，F合＝0，E p最小(若以分子间距无限远处为零势能点，则此时E p<0)．(2)当r>r0时，F合<0，即为引力，所以此时增大r，克服分子力做功，E p增大．(3)当r<r0时，F合>0即为斥力，所以此时减小r，克服分子力做功，E p增大．3．分子势能与体积的关系分子势能与体积有关，一般体积变化，势能就变化(气体除外)，但不能说体积变大，势能就变大．4．内能的决定因素(1)从宏观上看：物体内能的大小由物体的物质的量、温度和体积三个因素决定．(2)从微观上看：物体的内能由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．5．内能与机械能的区别和联系4．一辆运输瓶装氧气的货车，由于某种原因，司机紧急刹车，最后停下来，则下列说法不正确的是()A．汽车机械能减小，氧气内能增加B．汽车机械能减小，氧气内能减小C．汽车机械能减小，氧气内能不变D．汽车机械能减小，汽车(轮胎)内能增加E．汽车机械能减小，汽车(轮胎)内能减小【解析】氧气温度不变，体积没变，内能不变，A、B错，C对；汽车机械能减小，转化为内能，D对，E错．【答案】ABE5．对于实际的气体，下列说法正确的是()A．气体的内能包括气体分子的重力势能B．气体的内能包括气体分子之间相互作用的势能C．气体的内能包括气体整体运动的动能D．气体的体积变化时，其内能可能不变E．气体的内能包括气体分子热运动的动能【解析】实际气体的内能包括气体分子间相互作用的势能和分子热运动的动能，当气体体积变化时影响的是气体的分子势能，内能可能不变，所以B、D、E正确，A、C错误．【答案】BDE6．如图为两分子系统的势能E p与两分子间距离r的关系曲线，下列说法正确的是()A．当r>r1时，分子间的作用力表现为引力B．当r<r1时，分子间的作用力表现为斥力C．当r＝r2时，分子间的作用力为零D．在r由r1变到r2的过程中，分子间的作用力做负功E．当r<r1时，随着r的减小，分子势能增大，分子间相互作用的引力和斥力也增大【解析】当r＝r2时，分子力为零，分子势能最小，则当r大于r2时，分子间的作用力表现为引力，故A错误，C正确；当r<r1<r2时，分子间的作用力表现为斥力，故B正确；E p在r由r1变到r2的过程中，分子力是斥力，则分子力做正功，故D错误；当r<r1时，随着r的减小，分子势能增大，分子间相互作用的引力和斥力也增大，E正确．【答案】BCE分子势能图像问题的两点提醒(1)分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，而分子力图像的最低点(引力最大值)对应的距离大于r0；(2)分子势能图像与r轴交点表示的距离小于r0，分子力图像与r轴交点表示平衡距离r0.知识点三| 气体的压强[先填空]1．气体压强产生的原因气体的压强是由气体中大量做无规则热运动的分子对器壁频繁持续的碰撞产生的．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．2．从微观角度来看，气体压强的决定因素(1)一个是气体分子的平均动能．(2)一个是分子的密集程度．[再判断]1．气体压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的．(√)2．气体分子平均动能越大，气体的压强就越大．(×)3．气体的压强是由气体分子的重力而产生的．(×)[后思考]气体压强是由气体分子间的相互作用产生的吗？【提示】不是．气体压强是由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的．1．产生原因大量做无规则热运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞产生了气体的压强．单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力．所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．2．气体压强的决定因素：单位体积内分子数越多，单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数就越多，因而压强越大；温度越高，则分子的平均动能越大，分子运动越剧烈，一方面使单位时间内碰到器壁单位面积上的分子数增多，另一方面也使一个分子与器壁碰撞一次时对器壁的平均冲击力增大，使压强增大．所以气体压强的大小宏观上看跟温度和气体分子的密度有关；微观上看跟单位体积内的分子数和分子的平均速率有关．3．大气压强的产生及影响因素：大气压强由气体的重力产生，如果没有地球引力的作用，地球表面上就没有大气，也就没有大气压强．由于地球引力与距离的平方成反比，所以大气压力与气体的高度、密度有关，在地面上空不同高度处，大气压强不相等．7．封闭在汽缸内一定质量的气体，如果保持气体体积不变，当温度升高时，以下说法正确的是()A．气体的密度增大B．气体的压强增大C．气体分子的平均速率减小D．每秒撞击单位面积器壁的气体分子数增加E．气体分子的疏密程度不变【解析】气体的体积不变，对一定质量的气体，单位体积内的分子数不变，当温度升高时，分子的平均速率增大，每秒内撞击单位面积器壁的分子数增加，撞击力增大，压强必增大．所以B、D、E项正确，A、C均不正确．【答案】BDE8．在某一容积不变的容器中封闭着一定质量的气体，对此气体的压强，下列说法中正确的是()A．气体压强是由重力引起的，容器底部所受的压力等于容器内气体所受的重力B．气体压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞引起的C．容器以9.8 m/s2的加速度向下运动时，容器内气体压强不变D．由于分子运动无规则，所以容器内壁各处所受的气体压强相等E．容器以9.8 m/s2的加速度向上运动时，容器内气体的压强增大【解析】气体压强是由大量气体分子对器壁的频繁碰撞引起的，它由气体的温度和单位体积内的分子数决定，与容器的运动状态无关．故A、E错误，B、C、D正确．【答案】BCD9．如图所示，两个完全相同的圆柱形密闭容器，甲中恰好装满水，乙中充满空气，则下列说法中错误的是(容器容积恒定)()A．两容器中器壁的压强都是由于分子撞击器壁而产生的B．两容器中器壁的压强都是由所装物质的重力而产生的C．甲容器中p A>p B，乙容器中p C＝p DD．当温度升高时，p A、p B变大，p C、p D也要变大E．当温度升高时，p A、p B不变，p C、p D均增大【解析】甲容器压强产生的原因是液体受到重力的作用，而乙容器压强产生的原因是分子撞击器壁，A、B错；液体的压强p＝ρgh，h A>h B，可知p A>p B，而密闭容器中气体压强各处均相等，与位置无关，p C＝p D，C对；温度升高时，p A、p B不变，而p C、p D增大，D错，E对．要选错误的，故选A、B、D.【答案】ABD气体压强的分析技巧1．明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁、持续地碰撞．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．2．明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能．3．只有知道了两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化．。
最新版高中物理 第二章 气体 微型专题学案 教科版选修3-3
微型专题 气体实验定律的应用[学习目标] 1.会计算封闭气体的压强.2.会处理变质量问题.3.理解液柱移动问题的分析方法.4.能用气体实验定律解决一些综合问题．一、封闭气体压强的计算1．容器静止或匀速运动时求封闭气体的压强(1)连通器原理(取等压面法)：在连通器中，同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的．液体内深h 处的总压强p ＝p 0＋ρgh ，p 0为液面上方的压强．注意：①在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p h ＝ρgh 时，应特别注意h 是表示液面间竖直高度，不一定是液柱长度．②求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程．(2)受力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强． 2．容器加速运动时求封闭气体的压强当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液柱、固体等作为研究对象，进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强．例1 若已知大气压强为p 0，在图1中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强．(重力加速度为g )图1答案 甲：p 0－ρgh 乙：p 0－ρgh 丙：p 0－32ρgh 丁：p 0＋ρgh 1 解析 在题图甲中，以高为h 的液柱为研究对象，由平衡方程知：p 气S ＝－ρghS ＋p 0S 得p 气＝p 0－ρgh在题图乙中，以B 液面为研究对象，由平衡方程有：p A S ＋ρghS ＝p 0S p 气＝p A ＝p 0－ρgh在题图丙中，以液面B 为研究对象，有：p A ＋ρgh ·sin60°＝p B ＝p 0得p 气＝p A ＝p 0－32ρgh 在题图丁中，以液面A 为研究对象，由平衡方程得：p A S ＝(p 0＋ρgh 1)S得p 气＝p A ＝p 0＋ρgh 1例2 如图2所示，设活塞质量为m ，活塞面积为S ，汽缸质量为M ，重力加速度为g ，求被封闭气体的压强．图2答案 甲：p 0＋mg S 乙：p 0－Mg S 丙：MF(M ＋m )S ＋p 0解析 甲中选活塞为研究对象，由合力为零得p 0S ＋mg ＝pS故p ＝p 0＋mg S乙中选汽缸为研究对象，得pS ＋Mg ＝p 0S故p ＝p 0－Mg S丙中选整体为研究对象得F ＝(M ＋m )a ① 再选活塞为研究对象得F ＋p 0S －pS ＝ma ② 由①②得p ＝MF(M ＋m )S＋p 0.例3 图3中相同的A 、B 汽缸的长度、横截面积分别为30cm 和20cm 2，C 是可在汽缸B 内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D 为阀门．整个装置均由导热材料制成．起初阀门关闭，A 内有压强为p A ＝2.0×105Pa 的氮气，B 内有压强为p B ＝1.0×105Pa 的氧气，活塞C 处于图中所示位置．阀门打开后，活塞移动，最后达到平衡，求活塞C 移动的距离及平衡后B 中气体的压强．(假定氧气和氮气均为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略不计)图3答案 10cm 1.5×105Pa解析 由玻意耳定律：对A 部分气体有：p A LS ＝p (L ＋x )S 对B 部分气体有：p B LS ＝p (L －x )S 代入相关数据解得：x ＝10cmp ＝1.5×105Pa.解决汽缸类问题的一般思路1．弄清题意，确定研究对象，一般来说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)．2．分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要进行正确的受力分析，依据力学规律列出方程．3．注意挖掘题目的隐含条件，如压强关系、体积关系等，列出辅助方程． 4．多个方程联立求解．对求解的结果注意检验它们的合理性． 二、变质量问题例4 某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5L ，如图4所示，装入6L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300cm 3、1atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：图4(1)要使贮液筒中空气的压强达到4atm ，打气筒应打压几次？(2)在贮液筒中空气的压强达到4atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？ 答案 (1)15 (2)1.5L解析 (1)设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p ，整个过程温度保持不变， 由玻意耳定律得：1atm ×300cm 3＝1.5×103cm 3×p ，p ＝0.2atm 需打气次数n ＝4－10.2＝15(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4atm ×1.5L ＝1atm ×VV ＝6L故还剩药液7.5L －6L ＝1.5L.在对气体质量变化的问题分析和求解时，首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律.如漏气问题，不管是等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体收回来.可以设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用气体实验定律求解. 三、液柱移动问题用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，气体的状态参量p 、V 、T 都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律求解．其一般思路为：(1)先假设液柱或活塞不动，两部分气体均做等容变化． (2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δpp＝ΔTT，求出每部分气体压强的变化量Δp ，并加以比较．说明：液柱是否移动，取决于液柱两端受力是否平衡．当液柱两边横截面积相等时，只需比较压强的变化量；液柱两边横截面积不相等时，则应比较变化后液柱两边受力的大小． 例5 如图5所示，两端封闭粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一长为h 的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l 2＝2l 1.若使两部分气体同时升高相同的温度，则管内水银柱将(设原来温度相同)( )图5A ．向上移动B ．向下移动C ．水银柱不动D ．无法判断答案 A解析 由Δp p ＝ΔT T 得Δp 1＝ΔT T p 1，Δp 2＝ΔTTp 2，由于p 1>p 2，所以Δp 1>Δp 2，水银柱向上移动．选项A 正确．此类问题中，如果是气体温度降低，则ΔT 为负值，Δp 亦为负值，表示气体压强减小，那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动. 四、气体实验定律的综合应用 应用气体实验定律的解题步骤：(1)确定研究对象，即被封闭的气体．(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件，是否是质量和体积保持不变或质量和压强保持不变．(3)确定初、末两个状态的六个状态参量p 1、V 1、T 1、p 2、V 2、T 2. (4)按玻意耳定律、查理定律或盖吕萨克定律列式求解． (5)求解结果并分析、检验．例6 如图6所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为40cm 2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A 封闭在汽缸内．在汽缸内距缸底60cm 处设有a 、b 两限制装置，使活塞只能向上滑动．开始时活塞搁在a 、b 上，缸内气体的压强为p 0(p 0＝1.0×105Pa 为大气压强)，温度为300K ．现缓慢加热汽缸内气体，当温度为330K 时，活塞恰好离开a 、b ；当温度为360K 时，活塞上升了4cm.g 取10m/s 2，求：图6(1)活塞的质量； (2)物体A 的体积． 答案 (1)4kg (2)640cm 3解析 (1)设物体A 的体积为ΔV .T 1＝300K ，p 1＝1.0×105Pa ，V 1＝(60×40－ΔV ) cm 3 T 2＝330K ，p 2＝⎝⎛⎭⎪⎫1.0×105＋mg40×10－4Pa ，V 2＝V 1T 3＝360K ，p 3＝p 2，V 3＝(64×40－ΔV ) cm 3由状态1到状态2为等容过程，由查理定律有p 1T 1＝p 2T 2代入数据得m ＝4kg(2)由状态2到状态3为等压过程，由盖吕萨克定律有V 2T 2＝V 3T 3代入数据得ΔV ＝640cm 3.1．(压强的计算)如图7所示，汽缸悬挂在天花板上，缸内封闭着一定质量的气体A ，已知汽缸质量为m 1，活塞的横截面积为S ，质量为m 2，活塞与汽缸之间的摩擦不计，外界大气压强为p 0，求气体A 的压强p A .(重力加速度为g )图7答案 p 0－m 2g S解析 对活塞进行受力分析，如图所示．活塞受三个力作用而平衡，由力的平衡条件可得p A S ＋m 2g ＝p 0S ，故p A ＝p 0－m 2g S. 2．(压强的计算)求图8中被封闭气体A 的压强．其中(1)、(2)、(3)图中的玻璃管内都装有水银，(4)图中的小玻璃管浸没在水中．大气压强p 0＝76cmHg.(p 0＝1.01×105Pa ，g ＝10m/s 2，ρ水＝1×103 kg/m 3)图8答案 (1)66cmHg (2)71cmHg (3)81cmHg (4)1.13×105Pa 解析 (1)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10cmHg ＝66cmHg. (2)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10sin30°cmHg＝71cmHg. (3)p B ＝p 0＋p h 2＝76cmHg ＋10cmHg ＝86cmHgp A ＝p B －p h 1＝86cmHg －5cmHg ＝81cmHg.(4)p A ＝p 0＋ρ水gh ＝1.01×105Pa ＋1×103×10×1.2Pa ＝1.13×105Pa.3．(变质量问题)一只两用活塞气筒的原理如图9所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V 0，现将它与另一只容积为V 的容器相连接，容器内的空气压强为p 0，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n 次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(大气压强为p 0)( )图9A ．np 0，1np 0B.nV 0V p 0，V 0nVp 0 C ．(1＋V 0V)np 0，(1＋V 0V)np 0 D ．(1＋nV 0V )p 0，(V V ＋V 0)np 0 答案 D解析 打气时，活塞每推动一次，就把体积为V 0、压强为p 0的气体推入容器内，若活塞工作n 次，就是把压强为p 0、体积为nV 0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p 0、体积为V 的气体，根据玻意耳定律得： p 0(V ＋nV 0)＝p ′V ，所以p ′＝V ＋nV 0V p 0＝(1＋n V 0V)p 0. 抽气时，活塞每拉动一次，就把容器中的气体的体积从V 膨胀为V ＋V 0，而容器中的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的体积为V 0的气体排出，而再次拉动活塞时，又将容器中剩余的气体的体积从V 膨胀到V ＋V 0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得： 第一次抽气p 0V ＝p 1(V ＋V 0)，p 1＝VV ＋V 0p 0.第二次抽气p 1V ＝p 2(V ＋V 0)p 2＝V V ＋V 0p 1＝(V V ＋V 0)2p 0活塞工作n 次，则有：p n ＝(VV ＋V 0)np 0.故正确答案为D.4．(液柱移动问题)两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置，如图10所示．V 左<V 右，温度均为20℃，现将右端空气柱的温度降为0℃，左端空气柱的温度降为10℃，则管中水银柱将( )图10A ．不动B ．向左移动C ．向右移动D ．无法确定是否移动答案 C解析 设降温后水银柱不动，则两段空气柱均为等容变化，初始状态左右压强相等，即p 左＝p 右＝p对左端空气柱Δp 左ΔT 左＝p 左T 左，则Δp 左＝ΔT 左T 左p 左＝－10293p同理右端空气柱Δp 右＝－20293p所以|Δp 右|>|Δp 左|，即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的压强多，故水银柱向右移动，选项C 正确．一、选择题考点一 气体压强的计算1.一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h (cm)，上端空气柱长为L (cm)，如图1所示，已知大气压强为H cmHg ，下列说法正确的是( )图1A ．此时封闭气体的压强是(L ＋h ) cmHgB ．此时封闭气体的压强是(H －h ) cmHgC ．此时封闭气体的压强是(H ＋h ) cmHgD ．此时封闭气体的压强是(H －L ) cmHg 答案 B解析 利用等压面法，选管外水银面为等压面，则封闭气体压强p ＋p h ＝p 0，得p ＝p 0－p h ，即p ＝(H －h ) cmHg ，故B 项正确．2．如图2所示，一圆筒形汽缸静置于地面上，汽缸的质量为M ，活塞(连同手柄)的质量为m ，汽缸内部的横截面积为S ，大气压强为p 0.现用手握住活塞手柄缓慢向上提，不计汽缸内气体的质量及活塞与汽缸壁间的摩擦，重力加速度为g ，若汽缸刚提离地面时汽缸内气体的压强为p ，则( )图2A ．p ＝p 0＋mg SB ．p ＝p 0－mg SC ．p ＝p 0＋Mg SD ．p ＝p 0－Mg S答案 D解析 对汽缸缸套受力分析有Mg ＋pS ＝p 0S ，p ＝p 0－MgS，选D. 3．如图3所示，竖直放置的弯曲管A 端开口，B 端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h 1、h 2和h 3，则B 端气体的压强为(已知大气压强为p 0，重力加速度为g )( )图3A ．p 0－ρg (h 1＋h 2－h 3)B ．p 0－ρg (h 1＋h 3)C ．p 0－ρg (h 1＋h 3－h 2)D ．p 0－ρg (h 1＋h 2) 答案 B解析 需要从管口依次向左分析，中间气室压强比管口低ρgh 3，B 端气体压强比中间气室低ρgh 1，所以B 端气体压强为p 0－ρgh 3－ρgh 1，选B 项． 考点二 变质量问题4．空气压缩机的储气罐中储有1.0atm 的空气6.0L ，现再充入1.0atm 的空气9.0L ．设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( ) A ．2.5atm B ．2.0atm C ．1.5atm D ．1.0atm答案 A解析 取全部气体为研究对象，由p 1(V 1＋V 2)＝pV 1得p ＝2.5atm ，故A 正确．5．用打气筒将压强为1atm 的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV ＝500cm 3，轮胎容积V ＝3L ，原来压强p ＝1.5atm.现要使轮胎内压强变为p ′＝4atm ，问用这个打气筒要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)( )A．10次B．15次C．20次D．25次答案 B解析温度不变，由玻意耳定律的分态气态方程得pV＋np1ΔV＝p′V，代入数据得1．5atm×3L＋n×1atm×0.5L＝4atm×3L，解得n＝15.考点三液柱移动问题6.在一端封闭的粗细均匀的玻璃管内，用水银柱封闭一部分空气，玻璃管开口向下，如图4所示，当玻璃管自由下落时，空气柱长度将( )图4A．增大B．减小C．不变D．无法确定答案 B解析水银柱原来是平衡的，设空气柱长度为l1，后来因为自由下落有重力加速度而失去平衡，发生移动．开始时气体压强p1＝p0－ρgL，气体体积V1＝l1S.自由下落后，设空气柱长度为l2，水银柱受管内气体向下的压力p2S、重力mg和大气向上的压力p0S，如图所示，根据牛顿第二定律可得p2S＋mg－p0S＝mg，解得p2＝p0，即p2>p1.再由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，p1l1S＝p2l2S，因为p2>p1，所以l2<l1，所以空气柱长度将减小．故正确答案为B.二、非选择题7．(变质量问题)氧气瓶的容积是40L，其中氧气的压强是130atm，规定瓶内氧气压强降到10atm时就要重新充氧．有一个车间，每天需要用1atm的氧气400L，一瓶氧气能用几天？假定温度不变．答案12天解析用如图所示的方框图表示思路．温度不变，由V1→V2：p1V1＝p2V2，V 2＝p 1V 1p 2＝130×4010L ＝520L ， 由(V 2－V 1)→V 3：p 2(V 2－V 1)＝p 3V 3，V 3＝p 2(V 2－V 1)p 3＝10×4801L ＝4800L ， 则V 3400L ＝12(天)． 8．(气体实验定律的综合应用)如图5所示，汽缸长为L ＝1m ，固定在水平面上，汽缸中有横截面积为S ＝100cm 2的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，当温度为t ＝27℃，大气压强为p 0＝1×105Pa 时，气柱长度为l ＝90cm ，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计．求：图5(1)如果温度保持不变，将活塞缓慢拉至汽缸右端口，此时水平拉力F 的大小是多少？(2)如果汽缸内气体温度缓慢升高，使活塞移至汽缸右端口时，气体温度为多少摄氏度？ 答案 (1)100N (2)60.3℃解析 (1)设活塞到达缸口时，被封闭气体压强为p 1，则p 1S ＝p 0S －F由玻意耳定律得：p 0lS ＝p 1LS ，解得：F ＝100N(2)由盖吕萨克定律得：lS 300K ＝LS(273K ＋t ′) 解得：t ′≈60.3℃.9．(气体实验定律的综合应用)如图6所示，A 汽缸横截面积为500cm 2，A 、B 两个汽缸中装有体积均为10L 、压强均为1atm 、温度均为27℃的理想气体，中间用细管连接．细管中有一绝热活塞M ，细管容积不计．现给左边的活塞N 施加一个推力，使其缓慢向右移动，同时给B 中气体加热，使此过程中A 汽缸中的气体温度保持不变，活塞M 保持在原位置不动．不计活塞与器壁、细管间的摩擦，周围大气压强为1atm ＝105Pa ，当推力F ＝53×103N 时，求：图6(1)活塞N 向右移动的距离是多少厘米？(2)B 汽缸中的气体升温到多少摄氏度？答案 (1)5cm (2)127℃解析 (1)p A ′＝p A ＋F S ＝43×105Pa 对A 中气体，由p A V A ＝p A ′V A ′ 得V A ′＝pA V Ap A ′，解得V A ′＝34V A L A ＝V A S ＝20cm L A ′＝V A ′S ＝15cm Δx ＝L A －L A ′＝5cm(2)对B 中气体，p B ′＝p A ′＝43×105Pa由p B T B ＝p B ′T B ′ 解得T B ′＝p B ′p B T B ＝400K ＝127℃.。
高中物理第二章气体2温度内能气体的压强课件教科版选修3_3
内容索引
自主预习
预习新知 夯实基础
重点探究
启迪思维 探究重点
达标检测
检测评价 达标过关
自主预习
一、分子动能、温度 1.分子动能：由于分子永不停息地做 无规则运动 而具有的能量. 2.分子的平均动能 所有分子热运动动能的 平均值 . 3.温度：温度标志着物体内部大量分子做无规则热运动的剧烈程度，可 以作为物体分子热运动的 平均动能的量度.
例3 如图2所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上.甲分子 对乙分子的作用力F与两分子间距离关系如图中曲线所示.现把乙分子从 a处逐渐向甲分子靠近，则 A.乙分子从a到b过程中，分子力增大，分子势能增大
√B.乙分子从a到c过程中，分子力先增大后减小，分子
势能一直减小 C.乙分子从b到d过程中，分子力先减小后增大，分子
2.物体的内能 (1)物体的内能是物体中所有分子做热运动所具有的动能和 分子势能 的 总和. (2)相关因素 ①物体所含的分子总数由物质的量决定. ②分子热运动的平均动能由 温度 决定. ③分子势能与物体的 体积 有关. 故物体的内能由 物质、的量 、温度 共体同积决定，同时受物态变化的影响.
三、气体的压强
4.物态变化对内能的影响 一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温 度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子 势能变化，所以物体的内能变化.
例4 下列说法正确的是 A.铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变 B.物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的
例2 (多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直 至不能再靠近.在此过程中，下列说法正确的是 A.分子力先增大，后一直减小
2021-2022高二物理教科版选修3-3学案：第二章 2 温度 内能 气体的压强 Word版含解析
学案2温度内能气体的压强[目标定位] 1.知道温度是分子热运动平均动能的标志，渗透统计的方法.2.知道分子势能随分子间距离变化的关系，理解分子势能与物体的体积有关.3.知道什么是内能，知道物体的内能跟物体的物质的量、温度和体积有关，知道内能和机械能的区分与联系.4.理解气体压强的微观意义.一、分子动能温度[问题设计]运动的物体具有动能，做无规章热运动的分子具有动能吗？物体内的每个分子的动能相同吗？答案分子具有动能.物体内每个分子的速率大小不同，所以每个分子的动能大小不同.[要点提炼]1.分子由于永不停息地做无规章热运动而具有的动能叫做分子动能.热现象争辩的是大量分子运动的宏观表现，所以，有意义的是全部分子的动能的平均值，即分子平均动能.2.物体温度上升时，分子热运动加剧，分子平均动能增大；反之，物体温度降低时，分子热运动减弱，分子平均动能减小.因此我们说“温度是物体分子热运动的平均动能的标志”.二、分子势能内能[问题设计]1.功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式的能量变化呢？答案分子力做功对应分子势能的变化.2.分子动能和分子势能之和是机械能吗？答案不是.物体中全部分子做热运动所具有的动能和分子势能的总和是内能.[要点提炼]1.分子势能的变化分子势能是由分子间相对位置打算的势能，它随着物体的体积变化而变化，与分子间距离的关系为：(1)当r≫r0(r0表示两分子间的平衡距离，下同)时，分子力小到可忽视不计，可以认为分子间没有相互作用力，这时的分子势能为零(没有分子势能).(2)当r>r0时，分子力表现为引力.当r减小时，分子力做正功，分子势能减小；当r增大时，分子力做负功，分子势能增大.(3)当r<r0时，分子力表现为斥力.当r减小时，分子力做负功，分子势能增大；当r增大时，分子力做正功，分子势能减小.图1(4)当r＝r0时，合力为零.当r增大时，分子力做负功，分子势能增大；当r减小时，分子力做负功，分子势能增大，因此r＝r0时分子势能最小.分子势能与分子间的距离的关系如图1所示.2.物体的内能(1)物体的内能：物体中全部分子做热运动所具有的动能和分子势能的总和.(2)内能的打算因素①微观上：物体的内能大小由组成物体的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间距离三个因素打算.②宏观上：物体的内能由物体的物质的量、温度和体积三个因素打算.(3)由于一切物体都是由不停地做无规章热运动且相互作用着的分子所组成的，所以任何物体都具有内能.(4)内能与机械能的区分和联系区分：①物体的机械运动对应着机械能，热运动对应着内能，内能和机械能是两种不同形式的能量.②内能是由物体内大量分子热运动和分子间的相对位置打算的能量，是全部分子热运动所具有的动能和分子势能的总和.而机械能是由物体的机械运动和物体形变等打算的能量，它是对宏观物体整体来说的.联系：物体具有内能的同时又可以具有机械能.当物体的机械能增加时，内能不肯定增加，但机械能与内能之间可以相互转化.[延长思考]当r＝r0时分子势能最小，此时的分子势能是为零吗？答案不是.分子势能为零和分子势能最小的含义不同，分子势能为零与选取的零势能点有关，分子势能最小的位置在r＝r0处.三、气体的压强[问题设计]气体压强是否与固体和液体一样也是由气体的重力产生的呢？答案不是.[要点提炼]1.气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力.2.产生缘由：由大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的.3.打算因素(1)微观上打算于分子的平均动能和分子的密集程度.(2)宏观上打算于气体的温度和体积.一、分子动能温度例1当氢气和氧气温度相同时，下列说法中正确的是()A.两种气体的分子平均动能相等B.氢气分子的平均速率大于氧气分子的平均速率C.两种气体分子热运动的总动能相等D.两种气体分子热运动的平均速率相等解析由于温度是分子平均动能的标志，所以选项A正确.由于氢气和氧气的分子质量不同，所以两种气体分子的平均速率不同，由E k＝m v22可得，分子质量大的平均速率小，故选项B正确，D错误.虽然两种气体分子平均动能相等，但由于两种气体的质量不清楚，即分子数目关系不清楚，故选项C错误.答案AB二、分子势能内能例2如图2所示为物体分子间相互作用力与分子间距离之间的关系.下列推断中正确的是()图2A.当r<r0时，r越小，则分子势能E p越大B.当r>r0时，r越小，则分子势能E p越大C.当r＝r0时，分子势能E p最小D.当r→∞时，分子势能E p最小解析当r<r0时，分子力表现为斥力，r减小时分子力做负功，分子势能增大；当r>r0时，分子力表现为引力，r减小时分子力做正功，分子势能减小；当r＝r0时，分子力为零，分子势能最小；当r→∞时，分子势能为零，但不是最小.故正确答案为A、C.答案AC例3下列说法正确的是()A.铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变B.物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大C.A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能D.A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同解析解答本题的关键是对温度和内能这两个概念的理解.温度是分子热运动的平均动能的标志，内能是全部分子动能和分子势能的总和，故温度不变时，内能可能变化，A项错误.两物体温度相同，内能可能不同，分子的平均动能相同，但由E k＝12m v2知，平均速率v可能不同，故D项正确.最易出错的是认为有热量从A 传到B，A的内能确定大，其实有热量从A传到B，只说明A的温度高，内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素，故C项错.机械运动的速度增大与分子热运动的动能无关，故B项错.故正确答案为D.答案D三、气体的压强例4关于气体的压强，下列说法正确的是()A.气体分子的平均速率增大，则气体的压强肯定增大B.气体分子的密集程度增大，则气体的压强肯定增大C.气体分子的平均动能增大，则气体的压强肯定增大D.气体分子的平均动能增大，气体的压强有可能减小解析气体的压强在微观上与两个因素有关：一是气体分子的平均动能，二是气体分子的密集程度，密集程度或平均动能增大，都只强调问题的一方面，也就是说，平均动能增大的同时，分子的密集程度可能减小，使得压强可能减小；同理，当分子的密集程度增大时，分子的平均动能也可能减小，气体的压强变化不能确定，故正确答案为D.答案D1. 内能⎩⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎧分子动能⎩⎪⎨⎪⎧温度是物体分子平均动能的标志定义：分子永不停息地做无规章热运动而具有的动能宏观上由温度打算分子势能⎩⎪⎨⎪⎧r打算分子力的性质⎩⎪⎨⎪⎧r>r0表现为引力r<r0表现为斥力r＝r0表现为0r变化→分子力做功→分子势能发生变化宏观上由体积打算。
(新人教版)2019版高中物理 第二章 气体 微型专题学案 教科版选修3-3【重点推荐】
微型专题 气体实验定律的应用[学习目标] 1.会计算封闭气体的压强.2.会处理变质量问题.3.理解液柱移动问题的分析方法.4.能用气体实验定律解决一些综合问题．一、封闭气体压强的计算1．容器静止或匀速运动时求封闭气体的压强(1)连通器原理(取等压面法)：在连通器中，同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的．液体内深h 处的总压强p ＝p 0＋ρgh ，p 0为液面上方的压强．注意：①在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p h ＝ρgh 时，应特别注意h 是表示液面间竖直高度，不一定是液柱长度．②求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程．(2)受力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强． 2．容器加速运动时求封闭气体的压强当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液柱、固体等作为研究对象，进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强．例1 若已知大气压强为p 0，在图1中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强．(重力加速度为g )图1答案 甲：p 0－ρgh 乙：p 0－ρgh 丙：p 0－32ρgh 丁：p 0＋ρgh 1 解析 在题图甲中，以高为h 的液柱为研究对象，由平衡方程知：p 气S ＝－ρghS ＋p 0S 得p 气＝p 0－ρgh在题图乙中，以B 液面为研究对象，由平衡方程有：p A S ＋ρghS ＝p 0S p 气＝p A ＝p 0－ρgh在题图丙中，以液面B 为研究对象，有：p A ＋ρgh ·sin60°＝p B ＝p 0得p 气＝p A ＝p 0－32ρgh 在题图丁中，以液面A 为研究对象，由平衡方程得：p A S ＝(p 0＋ρgh 1)S得p 气＝p A ＝p 0＋ρgh 1例2 如图2所示，设活塞质量为m ，活塞面积为S ，汽缸质量为M ，重力加速度为g ，求被封闭气体的压强．图2答案 甲：p 0＋mg S 乙：p 0－Mg S 丙：MF(M ＋m )S ＋p 0解析 甲中选活塞为研究对象，由合力为零得p 0S ＋mg ＝pS故p ＝p 0＋mg S乙中选汽缸为研究对象，得pS ＋Mg ＝p 0S故p ＝p 0－Mg S丙中选整体为研究对象得F ＝(M ＋m )a ① 再选活塞为研究对象得F ＋p 0S －pS ＝ma ② 由①②得p ＝MF(M ＋m )S＋p 0.例3 图3中相同的A 、B 汽缸的长度、横截面积分别为30cm 和20cm 2，C 是可在汽缸B 内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D 为阀门．整个装置均由导热材料制成．起初阀门关闭，A 内有压强为p A ＝2.0×105Pa 的氮气，B 内有压强为p B ＝1.0×105Pa 的氧气，活塞C 处于图中所示位置．阀门打开后，活塞移动，最后达到平衡，求活塞C 移动的距离及平衡后B 中气体的压强．(假定氧气和氮气均为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略不计)图3答案 10cm 1.5×105Pa解析 由玻意耳定律：对A 部分气体有：p A LS ＝p (L ＋x )S 对B 部分气体有：p B LS ＝p (L －x )S 代入相关数据解得：x ＝10cmp ＝1.5×105Pa.解决汽缸类问题的一般思路1．弄清题意，确定研究对象，一般来说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)．2．分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要进行正确的受力分析，依据力学规律列出方程．3．注意挖掘题目的隐含条件，如压强关系、体积关系等，列出辅助方程． 4．多个方程联立求解．对求解的结果注意检验它们的合理性． 二、变质量问题例4 某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5L ，如图4所示，装入6L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300cm 3、1atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：图4(1)要使贮液筒中空气的压强达到4atm ，打气筒应打压几次？(2)在贮液筒中空气的压强达到4atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？ 答案 (1)15 (2)1.5L解析 (1)设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p ，整个过程温度保持不变， 由玻意耳定律得：1atm ×300cm 3＝1.5×103cm 3×p ，p ＝0.2atm 需打气次数n ＝4－10.2＝15(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4atm ×1.5L ＝1atm ×VV ＝6L故还剩药液7.5L －6L ＝1.5L.在对气体质量变化的问题分析和求解时，首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律.如漏气问题，不管是等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体收回来.可以设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用气体实验定律求解. 三、液柱移动问题用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，气体的状态参量p 、V 、T 都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律求解．其一般思路为：(1)先假设液柱或活塞不动，两部分气体均做等容变化． (2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δpp＝ΔTT，求出每部分气体压强的变化量Δp ，并加以比较．说明：液柱是否移动，取决于液柱两端受力是否平衡．当液柱两边横截面积相等时，只需比较压强的变化量；液柱两边横截面积不相等时，则应比较变化后液柱两边受力的大小． 例5 如图5所示，两端封闭粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一长为h 的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l 2＝2l 1.若使两部分气体同时升高相同的温度，则管内水银柱将(设原来温度相同)( )图5A ．向上移动B ．向下移动C ．水银柱不动D ．无法判断答案 A解析 由Δp p ＝ΔT T 得Δp 1＝ΔT T p 1，Δp 2＝ΔTTp 2，由于p 1>p 2，所以Δp 1>Δp 2，水银柱向上移动．选项A 正确．此类问题中，如果是气体温度降低，则ΔT 为负值，Δp 亦为负值，表示气体压强减小，那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动. 四、气体实验定律的综合应用 应用气体实验定律的解题步骤：(1)确定研究对象，即被封闭的气体．(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件，是否是质量和体积保持不变或质量和压强保持不变．(3)确定初、末两个状态的六个状态参量p 1、V 1、T 1、p 2、V 2、T 2. (4)按玻意耳定律、查理定律或盖吕萨克定律列式求解． (5)求解结果并分析、检验．例6 如图6所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为40cm 2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A 封闭在汽缸内．在汽缸内距缸底60cm 处设有a 、b 两限制装置，使活塞只能向上滑动．开始时活塞搁在a 、b 上，缸内气体的压强为p 0(p 0＝1.0×105Pa 为大气压强)，温度为300K ．现缓慢加热汽缸内气体，当温度为330K 时，活塞恰好离开a 、b ；当温度为360K 时，活塞上升了4cm.g 取10m/s 2，求：图6(1)活塞的质量； (2)物体A 的体积． 答案 (1)4kg (2)640cm 3解析 (1)设物体A 的体积为ΔV .T 1＝300K ，p 1＝1.0×105Pa ，V 1＝(60×40－ΔV ) cm 3 T 2＝330K ，p 2＝⎝⎛⎭⎪⎫1.0×105＋mg40×10－4Pa ，V 2＝V 1T 3＝360K ，p 3＝p 2，V 3＝(64×40－ΔV ) cm 3由状态1到状态2为等容过程，由查理定律有p 1T 1＝p 2T 2代入数据得m ＝4kg(2)由状态2到状态3为等压过程，由盖吕萨克定律有V 2T 2＝V 3T 3代入数据得ΔV ＝640cm 3.1．(压强的计算)如图7所示，汽缸悬挂在天花板上，缸内封闭着一定质量的气体A ，已知汽缸质量为m 1，活塞的横截面积为S ，质量为m 2，活塞与汽缸之间的摩擦不计，外界大气压强为p 0，求气体A 的压强p A .(重力加速度为g )图7答案 p 0－m 2g S解析 对活塞进行受力分析，如图所示．活塞受三个力作用而平衡，由力的平衡条件可得p A S ＋m 2g ＝p 0S ，故p A ＝p 0－m 2g S. 2．(压强的计算)求图8中被封闭气体A 的压强．其中(1)、(2)、(3)图中的玻璃管内都装有水银，(4)图中的小玻璃管浸没在水中．大气压强p 0＝76cmHg.(p 0＝1.01×105Pa ，g ＝10m/s 2，ρ水＝1×103 kg/m 3)图8答案 (1)66cmHg (2)71cmHg (3)81cmHg (4)1.13×105Pa 解析 (1)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10cmHg ＝66cmHg. (2)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10sin30°cmHg＝71cmHg. (3)p B ＝p 0＋p h 2＝76cmHg ＋10cmHg ＝86cmHgp A ＝p B －p h 1＝86cmHg －5cmHg ＝81cmHg.(4)p A ＝p 0＋ρ水gh ＝1.01×105Pa ＋1×103×10×1.2Pa ＝1.13×105Pa.3．(变质量问题)一只两用活塞气筒的原理如图9所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V 0，现将它与另一只容积为V 的容器相连接，容器内的空气压强为p 0，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n 次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(大气压强为p 0)( )图9A ．np 0，1np 0B.nV 0V p 0，V 0nVp 0 C ．(1＋V 0V)np 0，(1＋V 0V)np 0 D ．(1＋nV 0V )p 0，(V V ＋V 0)np 0 答案 D解析 打气时，活塞每推动一次，就把体积为V 0、压强为p 0的气体推入容器内，若活塞工作n 次，就是把压强为p 0、体积为nV 0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p 0、体积为V 的气体，根据玻意耳定律得： p 0(V ＋nV 0)＝p ′V ，所以p ′＝V ＋nV 0V p 0＝(1＋n V 0V)p 0. 抽气时，活塞每拉动一次，就把容器中的气体的体积从V 膨胀为V ＋V 0，而容器中的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的体积为V 0的气体排出，而再次拉动活塞时，又将容器中剩余的气体的体积从V 膨胀到V ＋V 0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得： 第一次抽气p 0V ＝p 1(V ＋V 0)，p 1＝VV ＋V 0p 0.第二次抽气p 1V ＝p 2(V ＋V 0)p 2＝V V ＋V 0p 1＝(V V ＋V 0)2p 0活塞工作n 次，则有：p n ＝(VV ＋V 0)np 0.故正确答案为D.4．(液柱移动问题)两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置，如图10所示．V 左<V 右，温度均为20℃，现将右端空气柱的温度降为0℃，左端空气柱的温度降为10℃，则管中水银柱将( )图10A ．不动B ．向左移动C ．向右移动D ．无法确定是否移动答案 C解析 设降温后水银柱不动，则两段空气柱均为等容变化，初始状态左右压强相等，即p 左＝p 右＝p对左端空气柱Δp 左ΔT 左＝p 左T 左，则Δp 左＝ΔT 左T 左p 左＝－10293p同理右端空气柱Δp 右＝－20293p所以|Δp 右|>|Δp 左|，即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的压强多，故水银柱向右移动，选项C 正确．一、选择题考点一 气体压强的计算1.一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h (cm)，上端空气柱长为L (cm)，如图1所示，已知大气压强为H cmHg ，下列说法正确的是( )图1A ．此时封闭气体的压强是(L ＋h ) cmHgB ．此时封闭气体的压强是(H －h ) cmHgC ．此时封闭气体的压强是(H ＋h ) cmHgD ．此时封闭气体的压强是(H －L ) cmHg 答案 B解析 利用等压面法，选管外水银面为等压面，则封闭气体压强p ＋p h ＝p 0，得p ＝p 0－p h ，即p ＝(H －h ) cmHg ，故B 项正确．2．如图2所示，一圆筒形汽缸静置于地面上，汽缸的质量为M ，活塞(连同手柄)的质量为m ，汽缸内部的横截面积为S ，大气压强为p 0.现用手握住活塞手柄缓慢向上提，不计汽缸内气体的质量及活塞与汽缸壁间的摩擦，重力加速度为g ，若汽缸刚提离地面时汽缸内气体的压强为p ，则( )图2A ．p ＝p 0＋mg SB ．p ＝p 0－mg SC ．p ＝p 0＋Mg SD ．p ＝p 0－Mg S答案 D解析 对汽缸缸套受力分析有Mg ＋pS ＝p 0S ，p ＝p 0－MgS，选D. 3．如图3所示，竖直放置的弯曲管A 端开口，B 端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h 1、h 2和h 3，则B 端气体的压强为(已知大气压强为p 0，重力加速度为g )( )图3A ．p 0－ρg (h 1＋h 2－h 3)B ．p 0－ρg (h 1＋h 3)C ．p 0－ρg (h 1＋h 3－h 2)D ．p 0－ρg (h 1＋h 2) 答案 B解析 需要从管口依次向左分析，中间气室压强比管口低ρgh 3，B 端气体压强比中间气室低ρgh 1，所以B 端气体压强为p 0－ρgh 3－ρgh 1，选B 项． 考点二 变质量问题4．空气压缩机的储气罐中储有1.0atm 的空气6.0L ，现再充入1.0atm 的空气9.0L ．设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( ) A ．2.5atm B ．2.0atm C ．1.5atm D ．1.0atm答案 A解析 取全部气体为研究对象，由p 1(V 1＋V 2)＝pV 1得p ＝2.5atm ，故A 正确．5．用打气筒将压强为1atm 的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV ＝500cm 3，轮胎容积V ＝3L ，原来压强p ＝1.5atm.现要使轮胎内压强变为p ′＝4atm ，问用这个打气筒要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)( )A．10次B．15次C．20次D．25次答案 B解析温度不变，由玻意耳定律的分态气态方程得pV＋np1ΔV＝p′V，代入数据得1．5atm×3L＋n×1atm×0.5L＝4atm×3L，解得n＝15.考点三液柱移动问题6.在一端封闭的粗细均匀的玻璃管内，用水银柱封闭一部分空气，玻璃管开口向下，如图4所示，当玻璃管自由下落时，空气柱长度将( )图4A．增大B．减小C．不变D．无法确定答案 B解析水银柱原来是平衡的，设空气柱长度为l1，后来因为自由下落有重力加速度而失去平衡，发生移动．开始时气体压强p1＝p0－ρgL，气体体积V1＝l1S.自由下落后，设空气柱长度为l2，水银柱受管内气体向下的压力p2S、重力mg和大气向上的压力p0S，如图所示，根据牛顿第二定律可得p2S＋mg－p0S＝mg，解得p2＝p0，即p2>p1.再由玻意耳定律得p1V1＝p2V2，p1l1S＝p2l2S，因为p2>p1，所以l2<l1，所以空气柱长度将减小．故正确答案为B.二、非选择题7．(变质量问题)氧气瓶的容积是40L，其中氧气的压强是130atm，规定瓶内氧气压强降到10atm时就要重新充氧．有一个车间，每天需要用1atm的氧气400L，一瓶氧气能用几天？假定温度不变．答案12天解析用如图所示的方框图表示思路．温度不变，由V1→V2：p1V1＝p2V2，精品学习资料V 2＝p 1V 1p 2＝130×4010L ＝520L ， 由(V 2－V 1)→V 3：p 2(V 2－V 1)＝p 3V 3，V 3＝p 2(V 2－V 1)p 3＝10×4801L ＝4800L ， 则V 3400L ＝12(天)． 8．(气体实验定律的综合应用)如图5所示，汽缸长为L ＝1m ，固定在水平面上，汽缸中有横截面积为S ＝100cm 2的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，当温度为t ＝27℃，大气压强为p 0＝1×105Pa 时，气柱长度为l ＝90cm ，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计．求：图5(1)如果温度保持不变，将活塞缓慢拉至汽缸右端口，此时水平拉力F 的大小是多少？(2)如果汽缸内气体温度缓慢升高，使活塞移至汽缸右端口时，气体温度为多少摄氏度？ 答案 (1)100N (2)60.3℃解析 (1)设活塞到达缸口时，被封闭气体压强为p 1，则p 1S ＝p 0S －F由玻意耳定律得：p 0lS ＝p 1LS ，解得：F ＝100N(2)由盖吕萨克定律得：lS 300K ＝LS(273K ＋t ′) 解得：t ′≈60.3℃.9．(气体实验定律的综合应用)如图6所示，A 汽缸横截面积为500cm 2，A 、B 两个汽缸中装有体积均为10L 、压强均为1atm 、温度均为27℃的理想气体，中间用细管连接．细管中有一绝热活塞M ，细管容积不计．现给左边的活塞N 施加一个推力，使其缓慢向右移动，同时给B 中气体加热，使此过程中A 汽缸中的气体温度保持不变，活塞M 保持在原位置不动．不计活塞与器壁、细管间的摩擦，周围大气压强为1atm ＝105Pa ，当推力F ＝53×103N 时，求：图6(1)活塞N 向右移动的距离是多少厘米？(2)B 汽缸中的气体升温到多少摄氏度？答案 (1)5cm (2)127℃精品学习资料 解析 (1)p A ′＝p A ＋F S ＝43×105Pa 对A 中气体，由p A V A ＝p A ′V A ′ 得V A ′＝p A V Ap A ′，解得V A ′＝34V A L A ＝V A S ＝20cm L A ′＝V A ′S ＝15cm Δx ＝L A －L A ′＝5cm(2)对B 中气体，p B ′＝p A ′＝43×105Pa由p B T B ＝p B ′T B ′ 解得T B ′＝p B ′p B T B ＝400K ＝127℃.。
(新人教版)新版高中物理 第二章 气体 2 温度 内能 气体的压强学案 教科版选修3-3【提分必备】
2 温度内能气体的压强[学习目标] 1.知道温度是分子热运动平均动能的标志，渗透统计的方法.2.知道分子势能随分子间距离变化的关系，理解分子势能与物体的体积有关.3.知道什么是内能，知道物体的内能跟物体的物质的量、温度和体积有关，知道内能和机械能的区别与联系.4.理解气体压强的微观意义．一、分子动能、温度1．分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量．2．分子的平均动能所有分子热运动动能的平均值．3．温度：温度标志着物体内部大量分子做无规则热运动的剧烈程度，可以作为物体分子热运动的平均动能的量度．二、分子势能、内能1．分子势能(1)定义：由分子间的相对位置决定的能．(2)分子力做功和分子势能的关系分子力做正功，分子势能减少，分子力做负功，分子势能增加，且分子力做功的数值等于分子势能的变化量．(3)决定因素①宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关．②微观上：分子势能与分子之间的距离有关．2．物体的内能(1)物体的内能是物体中所有分子做热运动所具有的动能和分子势能的总和．(2)相关因素①物体所含的分子总数由物质的量决定．②分子热运动的平均动能由温度决定．③分子势能与物体的体积有关．故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态变化的影响．三、气体的压强1．气体压强的大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．2．产生原因：大量气体分子对器壁的碰撞引起的．3．决定因素：(1)微观上决定于分子的平均动能和分子的密集程度；(2)宏观上决定于气体的温度T和体积V.4．压强特点：气体内部压强处处相等．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)物体温度升高，每个分子的动能都增加．(×)(2)物体温度升高，分子的平均动能增加．(√)(3)气体压强是由于气体分子间的斥力产生的．(×)(4)一定质量的气体被压缩时，气体压强一定会增大．(×)(5)分子的势能是由分子间相对位置决定的能量，随分子间距的变化而变化．(√) 2．(1)1千克10℃的水比10千克2℃的铁的分子的平均动能________．(2)质量和体积一定的同种气体，温度高时气体的内能________．答案(1)大(2)大一、分子动能温度[导学探究] (1)为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？(2)物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？(3)物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大吗？答案(1)分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子运动是无规则的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能．(2)温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变．(3)不是．分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关．[知识深化]1．单个分子的动能由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义．2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义．温度升高，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．(2)由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但平均速率一般不同．特别提醒分子的平均动能与宏观上物体的运动速度无关．例1下列关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是( )A．某物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度升高时，每个分子的动能都增大C．物体温度升高时，分子平均动能增大D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高答案 C解析某种气体温度是0℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，A错；当温度升高时，分子运动加剧，平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，B 错，C对；物体的运动速度越大，物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，所以物体的温度不一定高，D错．1．虽然温度是分子平均动能的标志，但是零度(0℃)时物体中分子的平均动能却不为零．2．物体内分子做无规则热运动的速度和物体做机械运动的速度是完全不同的两个概念．二、分子势能[导学探究] (1)功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式的能量变化呢？(2)若分子力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做什么功？分子势能如何变化？分子间距离减小时，分子力做什么功？分子势能如何变化？(3)若分子力表现为斥力，分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如何呢？答案(1)分子力做功对应分子势能的变化(2)负功分子势能增加正功分子势能减小(3)分子间距离增大时，分子力做正功，分子势能减小；分子间距离减小时，分子力做负功，分子势能增大．[知识深化]1．分子力、分子势能与分子间距离的关系分子势能与分子间的距离的关系图像如图1所示．图12．分子势能的特点由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关．3．分子势能的影响因素(1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关．(2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的．例2(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不能再靠近．在此过程中，下列说法正确的是( )A．分子力先增大，后一直减小B．分子力先做正功，后做负功C．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和分子动能之和不变答案BCE解析由分子动理论的知识，当两个分子从相距较远的位置相互靠近，直至不能再靠近的过程中，分子力先是表现为引力且先增大后减小，之后表现为分子斥力，一直增大，所以A 错误；分子引力先做正功，然后分子斥力做负功，分子势能先减小再增大，分子动能先增大后减小，所以B、C正确，D错误；因为只有分子力做功，所以分子势能和分子动能的总和保持不变，所以E正确．1．分子势能的变化情况只与分子力做功相联系．分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大．分子力做功的大小等于分子势能变化量的大小．2．讨论分子势能变化时，绝不能简单地由物体体积的增大、减小得出结论．导致分子势能变化的原因是分子力做功．例3如图2所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上．甲分子对乙分子的作用力F与两分子间距离关系如图中曲线所示．现把乙分子从a处逐渐向甲分子靠近，则( )图2A．乙分子从a到b过程中，分子力增大，分子势能增大B．乙分子从a到c过程中，分子力先增大后减小，分子势能一直减小C．乙分子从b到d过程中，分子力先减小后增大，分子势能一直增大D．乙分子从c到d过程中，分子力增大，分子势能减小答案 B解析从a到c的过程中，分子力表现为引力，做正功，故分子势能减小，分子力先增大后减小，从c到d过程中，分子力表现为斥力，分子力做负功，故分子势能增加，分子力增大，B正确．分子势能图像问题的解题技巧1．要明确分子势能、分子力与分子间的距离关系图像中拐点的不同意义．分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，分子力图像与r轴交点的横坐标表示平衡距离r0.2．要把图像上的信息转化为分子间的距离，再求解其他问题．三、内能[导学探究] (1)结合影响分子动能和分子势能的因素，从微观和宏观角度讨论影响内能的因素有哪些？(2)物体的内能随机械能的变化而变化吗？内能可以为零吗？答案(1)微观上：物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离．宏观上：物体的内能取决于物体所含物质的量、温度和体积及物态．(2)物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其内能不一定变化，两者之间没有必然联系．组成物体的分子在做永不停息的无规则运动，因此物体的内能不可能为零．[知识深化]1．内能的决定因素(1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．(2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．2．温度、内能和热量的比较(1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志．(2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．(3)热量指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少，等于物体内能的变化量．3．内能和机械能的区别与联系4.物态变化对内能的影响一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．例4下列说法正确的是( )A．铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变B．物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大C．A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能D．A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同答案 D解析温度是分子平均动能的标志，内能是所有分子热运动动能和分子势能的总和，故温度不变时，内能可能变化，A项错误；两物体温度相同，内能可能不同，分子的平均动能相同，但分子的平均速率可能不同，故D项正确；最易出错的是认为有热量从A传到B，A的内能肯定大，其实有热量从A传到B，只说明A的温度高，内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素，故C项错误；机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关，故B项错误．比较物体内能的大小和判断内能改变的方法具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大小与分子总数、温度、物体的体积及物态等因素有关，结合能量守恒定律，综合进行分析．(1)当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等)，物体所含分子数n就一定．(2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定．(3)当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能也不变．(4)当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，使物体的温度或体积发生改变，物体的内能也随之变化．四、气体的压强[导学探究] (1)如图3所示，密闭容器内封闭一定质量的气体，气体的压强是由气体分子间的斥力产生的吗？图3(2)把一颗豆粒拿到台秤上方约10cm的位置，放手后使它落在秤盘上，观察秤的指针的摆动情况．如图4所示，再从相同高度把100粒或更多的豆粒连续地倒在秤盘上，观察指针的摆动情况．使这些豆粒从更高的位置落在秤盘上，观察指针的摆动情况．用豆粒做气体分子的模型，试说明气体压强产生的原理．图4答案(1)不是，是分子撞击器壁而产生的．(2)说明气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能，一个是分子的密集程度．[知识深化]1．气体压强的产生：单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续、均匀的压力．所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．2．决定气体压强大小的因素(1)微观因素①气体分子的密集程度：气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大．②气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大．(2)宏观因素：①气体的体积：一定质量气体的体积越大，气体的分子密度越小，气体的压强越小．②气体的温度：气体的温度越高，气体的分子平均速率越大，气体的压强越大．特别提醒由于大量气体分子向各个方向运动的概率相等，因而气体内部压强处处相等．例5下列说法正确的是( )A．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力C．气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大答案 A解析气体压强为气体分子对器壁单位面积的平均作用力，故A正确，B错误；气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子密集程度均有关，故C、D错误．气体压强问题的解题思路1．明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁持续的碰撞．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力；2．明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能；3．只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化．1．(分子动能、温度)下列说法正确的是( )A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同B．分子动能指的是由于分子定向移动具有的动能C．100个分子的动能和分子势能的总和就是这100个分子的内能D．温度高的物体中每一个分子的运动速率大于温度低的物体中每一个分子的运动速率答案 A解析温度相同，物体分子的平均动能相同，A正确；分子动能是由于分子无规则运动而具有的动能，B错误；物体内能是对大量分子而言，对100个分子毫无意义，C错误；相同物质，温度高的物体分子平均速率大，温度是分子平均动能大小的标志，对单个分子没有意义，D错误．2．(分子势能)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( )A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小答案 C解析当分子力表现为引力时，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以A、B错误；当分子力表现为斥力时，分子间距离减小，分子力增大，分子力做负功，分子势能增大，所以C正确，D错误．3．(内能)关于物体的内能，下列说法中正确的是( )A．机械能可以为零，但内能永远不为零B．温度相同、质量相同的物体具有相同的内能C．温度越高，物体的内能越大D．0℃的冰的内能与等质量的0℃的水的内能相等答案 A解析机械能是宏观能量，可以为零，而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永不为零，A项正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关，B、C、D错误．4．(气体的压强)(多选)两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知容器中气体的压强不相同，则下列判断中正确的是( )A．压强小的容器中气体的温度比较高B．压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少C．压强小的容器中气体分子的平均动能比较小D．压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大答案CD解析相同的密闭容器分别装有等质量的同种气体，说明它们所含的分子总数相同，即分子数密度相同，B错；压强不同，一定是因为两容器气体分子平均动能不同造成的，压强小的容器中分子的平均动能一定较小，温度较低，故A错，C对；压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大，故D正确．一、选择题考点一分子动能1．(多选)对于20℃的水和20℃的水银，下列说法正确的是( )A．两种物体的分子的平均动能相同B．水银的分子的平均动能比水的大C．两种物体的分子的平均速率相同D．水银分子的平均速率比水分子的平均速率小答案AD解析温度是分子平均动能的标志，温度相同的物体的分子的平均动能相同，故A对，B错；由水银的摩尔质量大于水的摩尔质量，知D对，C错．2．(多选)下列关于分子动能的说法，正确的是( )A．物体的温度升高，每个分子的动能都增加B．物体的温度升高，分子的平均动能增加C．若分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为12 mv2D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比答案BD解析温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增加，但是其中个别分子的动能却有可能减小，A错，B对；分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子总数的比值，所以C错，D对．考点二分子势能3．在两个分子间的距离由r0(平衡位置)变为10r0的过程中，关于分子间的作用力F和分子间的势能E p的说法中，正确的是( )A．F不断减小，E p不断减小B．F先增大后减小，E p不断增大C．F不断增大，E p先减小后增大D．F、E p都是先减小后增大答案 B解析分子间距r＝r0时，分子力F＝0；随r的增大，分子力表现为引力，F≠0；当r＝10r0时，F＝0，所以F先增大后减小．在分子间距由r0至10r0的过程中，始终克服分子引力做功，所以分子势能一直增大，所以选项B正确．4．如图1所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力．a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现将乙分子从a移动到d的过程中，两分子间的分子力和分子势能同时都增大的阶段是( )图1A．从a到b B．从b到cC．从b至d D．从c到d答案 D解析根据分子力做功与分子势能的关系，分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加，而在c到d阶段，分子表现为斥力，随距离减小，分子力也增大，故D选项正确．5．(多选)关于分子势能和物体体积的关系，下列说法中正确的是( )A．当物体体积增大时，其分子势能必定增大B．当物体体积增大时，其分子势能不一定增大C．当物体体积减小时，其分子势能必定减小D．当物体体积不变时，其分子势能一定不变答案BD考点三物体的内能及其综合应用6．关于物体的内能，以下说法正确的是( )A．箱子运动的速度减小，其内能也减小B．篮球的容积不变，内部气体的温度降低，其气体的内能将减小C．物体的温度和体积均发生变化，其内能一定变化D．对于一些特殊的物体，可以没有内能答案 B解析物体的内能与物体的机械运动无关，故A错误；当气体的体积不变而温度降低时，气体的分子势能不变，分子的平均动能减小，气体的内能减小，故B正确；物体的温度和体积均发生变化时，物体内的分子势能和分子的平均动能都发生变化，其内能可能不变，故C 错误；任何物体都有内能，故D错误．7．下面有关机械能和内能的说法中正确的是( )A．机械能大的物体，内能一定也大B．物体做加速运动时，其运动速度越来越大，物体内分子平均动能必增大C．物体降温时，其机械能必减少D．摩擦生热是机械能向内能的转化答案 D解析机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机械能是由其宏观运动速度和相对高度决定的，而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定的．8．(多选)回收“神舟十号”飞船的过程中，飞船在轨道上运行的高度逐渐降低进入大气层，最后安全着陆．由于与大气的高速摩擦，使得飞船壳体外表温度上升到近二千摄氏度，从分子动理论和能量方面下列理解正确的是( )A．飞船壳体材料每个分子的动能均增大B．飞船壳体材料分子的平均动能增大C．飞船的内能向机械能转化D．飞船的机械能向内能转化答案BD解析飞船壳体外表温度升高，说明分子的平均动能增大，故A错，B对；飞船的高度逐渐降低，与大气高速摩擦，机械能向内能转化，故C错，D对．考点四气体的压强9．下列各组物理量哪些能决定气体的压强( )A．分子的平均动能和分子种类B．分子密集程度和分子的平均动能C．分子总数和分子的平均动能D．分子密集程度和分子种类答案 B解析气体的压强是由大量分子碰撞器壁而引起的，气体分子的密集程度越大(即单位体积内分子数越多)，在单位时间内撞击器壁单位面积的分子就越多，则气体的压强越大．另外气体分子的平均动能越大，分子撞击器壁对器壁产生的作用力越大，气体的压强就越大．故决定气体压强的因素是分子密集程度和分子的平均动能，故B项正确．二、非选择题10．(内能)三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气，它们的温度相同，则分子平均速率最大的是________；在不计分子势能的情况下，气体内能最大的是________．答案氢气氢气11．(内能)(1)1kg的40℃的水跟1kg的80℃的水哪个内能多？(2)1kg的40℃的水跟2kg的40℃的水哪个内能多？(3)一杯100℃的开水跟一池塘常温下的水哪个内能多？(4)1kg的100℃的水跟1kg的100℃的水蒸气哪个内能多？答案见解析解析(1)两者质量一样，同种物质，所以分子数目一样，而80℃的水比40℃的水的水分子平均动能大，若不考虑水的膨胀引起的体积微小变化，则1kg的80℃的水的内能多．(2)1kg的40℃的水跟2kg的40℃的水比较，2kg的40℃的水内能多，因为后者分子数目多．(3)虽然100℃的开水的水分子平均动能较大，但池塘的水的分子数比一杯水的分子数多得多，故一池塘常温下的水的内能比一杯100℃的开水的内能多．(4)它们的质量相等，因而所含分子数相等，分子的平均动能也相同，但100℃的水蒸气分子势能比100℃的水的分子势能大，故1kg的100℃的水蒸气的内能比1kg的100℃的水的内能多．。
2020版高中物理 第二章 气体 微型专题学案 教科版选修3-3
微型专题 气体实验定律的应用[学习目标] 1.会计算封闭气体的压强.2.会处理变质量问题.3.理解液柱移动问题的分析方法.4.能用气体实验定律解决一些综合问题．一、封闭气体压强的计算1．容器静止或匀速运动时求封闭气体的压强(1)连通器原理(取等压面法)：在连通器中，同一液体(中间液体不间断)的同一水平液面上的压强是相等的．液体内深h 处的总压强p ＝p 0＋ρgh ，p 0为液面上方的压强．注意：①在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强p h ＝ρgh 时，应特别注意h 是表示液面间竖直高度，不一定是液柱长度．②求由液体封闭的气体压强，应选择最低液面列平衡方程．(2)受力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强．2．容器加速运动时求封闭气体的压强当容器加速运动时，通常选择与气体相关联的液柱、固体等作为研究对象，进行受力分析，然后由牛顿第二定律列方程，求出封闭气体的压强．例1 若已知大气压强为p 0，在图1中各装置均处于静止状态，求被封闭气体的压强．(重力加速度为g )图1答案 甲：p 0－ρgh 乙：p 0－ρgh 丙：p 0－32ρgh 丁：p 0＋ρgh 1 解析 在题图甲中，以高为h 的液柱为研究对象，由平衡方程知：p 气S ＝－ρghS ＋p 0S 得p 气＝p 0－ρgh在题图乙中，以B 液面为研究对象，由平衡方程有：p A S ＋ρghS ＝p 0S p 气＝p A ＝p 0－ρgh在题图丙中，以液面B 为研究对象，有：p A ＋ρgh ·sin60°＝p B ＝p 0在题图丁中，以液面A 为研究对象，由平衡方程得：p A S ＝(p 0＋ρgh 1)S得p 气＝p A ＝p 0＋ρgh 1例2 如图2所示，设活塞质量为m ，活塞面积为S ，汽缸质量为M ，重力加速度为g ，求被封闭气体的压强．图2答案 甲：p 0＋mg S 乙：p 0－Mg S 丙：MF(M ＋m )S ＋p 0解析 甲中选活塞为研究对象，由合力为零得p 0S ＋mg ＝pS故p ＝p 0＋mg S乙中选汽缸为研究对象，得pS ＋Mg ＝p 0S故p ＝p 0－Mg S丙中选整体为研究对象得F ＝(M ＋m )a ① 再选活塞为研究对象得F ＋p 0S －pS ＝ma ② 由①②得p ＝MF(M ＋m )S＋p 0.例3 图3中相同的A 、B 汽缸的长度、横截面积分别为30cm 和20cm 2，C 是可在汽缸B 内无摩擦滑动的、体积不计的活塞，D 为阀门．整个装置均由导热材料制成．起初阀门关闭，A 内有压强为p A ＝2.0×105Pa 的氮气，B 内有压强为p B ＝1.0×105Pa 的氧气，活塞C 处于图中所示位置．阀门打开后，活塞移动，最后达到平衡，求活塞C 移动的距离及平衡后B 中气体的压强．(假定氧气和氮气均为理想气体，连接汽缸的管道体积可忽略不计)图3答案 10cm 1.5×105Pa 解析 由玻意耳定律：对A 部分气体有：p A LS ＝p (L ＋x )S 对B 部分气体有：p B LS ＝p (L －x )S 代入相关数据解得：x ＝10cmp ＝1.5×105Pa.解决汽缸类问题的一般思路1．弄清题意，确定研究对象，一般来说，研究对象分两类：一类是热学研究对象(一定质量的气体)；另一类是力学研究对象(汽缸、活塞或某系统)．2．分析清楚题目所述的物理过程，对热学研究对象分析清楚初、末状态及状态变化过程，依据气体实验定律列出方程；对力学研究对象要进行正确的受力分析，依据力学规律列出方程． 3．注意挖掘题目的隐含条件，如压强关系、体积关系等，列出辅助方程． 4．多个方程联立求解．对求解的结果注意检验它们的合理性． 二、变质量问题例4 某种喷雾器的贮液筒的总容积为7.5L ，如图4所示，装入6L 的药液后再用密封盖将贮液筒密封，与贮液筒相连的活塞式打气筒每次能压入300cm 3、1atm 的空气，设整个过程温度保持不变，求：图4(1)要使贮液筒中空气的压强达到4atm ，打气筒应打压几次？(2)在贮液筒中空气的压强达到4atm 时，打开喷嘴使其喷雾，直到内外气体压强相等，这时筒内还剩多少药液？ 答案 (1)15 (2)1.5L解析 (1)设每打一次气，贮液筒内增加的压强为p ，整个过程温度保持不变， 由玻意耳定律得：1atm ×300cm 3＝1.5×103cm 3×p ，p ＝0.2atm 需打气次数n ＝4－10.2＝15(2)设停止喷雾时贮液筒内气体体积为V 由玻意耳定律得：4atm ×1.5L ＝1atm ×VV ＝6L故还剩药液7.5L －6L ＝1.5L.在对气体质量变化的问题分析和求解时，首先要将质量变化的问题变成质量不变的问题，否则不能应用气体实验定律.如漏气问题，不管是等温漏气、等容漏气，还是等压漏气，都要将漏掉的气体收回来.可以设想有一个“无形弹性袋”收回漏气，且漏掉的气体和容器中剩余气体同温、同压，这样就把变质量问题转化为定质量问题，然后再应用气体实验定律求解. 三、液柱移动问题用液柱或活塞隔开两部分气体，当气体温度变化时，气体的状态参量p 、V 、T 都发生了变化，直接判断液柱或活塞的移动方向比较困难，通常先进行气体状态的假设，然后应用查理定律求解．其一般思路为：(1)先假设液柱或活塞不动，两部分气体均做等容变化．(2)对两部分气体分别应用查理定律的分比形式Δp p ＝ΔTT，求出每部分气体压强的变化量Δp ，并加以比较．说明：液柱是否移动，取决于液柱两端受力是否平衡．当液柱两边横截面积相等时，只需比较压强的变化量；液柱两边横截面积不相等时，则应比较变化后液柱两边受力的大小．例5 如图5所示，两端封闭粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一长为h 的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l 2＝2l 1.若使两部分气体同时升高相同的温度，则管内水银柱将(设原来温度相同)( )图5A ．向上移动B ．向下移动C ．水银柱不动D ．无法判断答案 A解析 由Δp p ＝ΔT T 得Δp 1＝ΔT T p 1，Δp 2＝ΔTTp 2，由于p 1>p 2，所以Δp 1>Δp 2，水银柱向上移动．选项A 正确．此类问题中，如果是气体温度降低，则ΔT 为负值，Δp 亦为负值，表示气体压强减小，那么降温后水银柱应该向压强减小得多的一方移动. 四、气体实验定律的综合应用 应用气体实验定律的解题步骤： (1)确定研究对象，即被封闭的气体．(2)分析被研究气体在状态变化时是否符合定律条件，是否是质量和体积保持不变或质量和压强保持不变． (3)确定初、末两个状态的六个状态参量p 1、V 1、T 1、p 2、V 2、T 2. (4)按玻意耳定律、查理定律或盖吕萨克定律列式求解． (5)求解结果并分析、检验．例6 如图6所示，上端开口的光滑圆柱形汽缸竖直放置，横截面积为40cm 2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A 封闭在汽缸内．在汽缸内距缸底60cm 处设有a 、b 两限制装置，使活塞只能向上滑动．开始时活塞搁在a 、b 上，缸内气体的压强为p 0(p 0＝1.0×105Pa 为大气压强)，温度为300K ．现缓慢加热汽缸内气体，当温度为330K 时，活塞恰好离开a 、b ；当温度为360K 时，活塞上升了4cm.g 取10m/s 2，求：图6(1)活塞的质量； (2)物体A 的体积． 答案 (1)4kg (2)640cm 3解析 (1)设物体A 的体积为ΔV .T 1＝300K ，p 1＝1.0×105Pa ，V 1＝(60×40－ΔV ) cm 3 T 2＝330K ，p 2＝⎝⎛⎭⎪⎫1.0×105＋mg40×10－4Pa ，V 2＝V 1T 3＝360K ，p 3＝p 2，V 3＝(64×40－ΔV ) cm 3由状态1到状态2为等容过程，由查理定律有p 1T 1＝p 2T 2代入数据得m ＝4kg(2)由状态2到状态3为等压过程，由盖吕萨克定律有V 2T 2＝V 3T 3代入数据得ΔV ＝640cm 3.1．(压强的计算)如图7所示，汽缸悬挂在天花板上，缸内封闭着一定质量的气体A ，已知汽缸质量为m 1，活塞的横截面积为S ，质量为m 2，活塞与汽缸之间的摩擦不计，外界大气压强为p 0，求气体A 的压强p A .(重力加速度为g )图7答案 p 0－m 2g S解析 对活塞进行受力分析，如图所示．活塞受三个力作用而平衡，由力的平衡条件可得p A S ＋m 2g ＝p 0S ，故p A ＝p 0－m 2g S. 2．(压强的计算)求图8中被封闭气体A 的压强．其中(1)、(2)、(3)图中的玻璃管内都装有水银，(4)图中的小玻璃管浸没在水中．大气压强p 0＝76cmHg.(p 0＝1.01×105Pa ，g ＝10m/s 2，ρ水＝1×103 kg/m 3)图8答案 (1)66cmHg (2)71cmHg (3)81cmHg (4)1.13×105Pa 解析 (1)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10cmHg ＝66cmHg. (2)p A ＝p 0－p h ＝76cmHg －10sin30°cmHg＝71cmHg. (3)p B ＝p 0＋p h 2＝76cmHg ＋10cmHg ＝86cmHgp A ＝p B －p h 1＝86cmHg －5cmHg ＝81cmHg.(4)p A ＝p 0＋ρ水gh ＝1.01×105Pa ＋1×103×10×1.2Pa ＝1.13×105Pa.3．(变质量问题)一只两用活塞气筒的原理如图9所示(打气时如图甲所示，抽气时如图乙所示)，其筒内体积为V 0，现将它与另一只容积为V 的容器相连接，容器内的空气压强为p 0，当分别作为打气筒和抽气筒时，活塞工作n 次后，在上述两种情况下，容器内的气体压强分别为(大气压强为p 0)( )图9A ．np 0，1np 0B.nV 0V p 0，V 0nVp 0 C ．(1＋V 0V)np 0，(1＋V 0V)np 0 D ．(1＋nV 0V )p 0，(V V ＋V 0)np 0 答案 D解析 打气时，活塞每推动一次，就把体积为V 0、压强为p 0的气体推入容器内，若活塞工作n 次，就是把压强为p 0、体积为nV 0的气体压入容器内，容器内原来有压强为p 0、体积为V 的气体，根据玻意耳定律得：p 0(V ＋nV 0)＝p ′V ，所以p ′＝V ＋nV 0V p 0＝(1＋n V 0V)p 0. 抽气时，活塞每拉动一次，就把容器中的气体的体积从V 膨胀为V ＋V 0，而容器中的气体压强就要减小，活塞推动时，将抽气筒中的体积为V 0的气体排出，而再次拉动活塞时，又将容器中剩余的气体的体积从V 膨胀到V ＋V 0，容器内的压强继续减小，根据玻意耳定律得： 第一次抽气p 0V ＝p 1(V ＋V 0)，p 1＝V V ＋V 0p 0.第二次抽气p 1V ＝p 2(V ＋V 0)p 2＝V V ＋V 0p 1＝(V V ＋V 0)2p 0活塞工作n 次，则有：p n ＝(VV ＋V 0)np 0.故正确答案为D.4．(液柱移动问题)两端封闭、内径均匀的直玻璃管水平放置，如图10所示．V 左<V 右，温度均为20℃，现将右端空气柱的温度降为0℃，左端空气柱的温度降为10℃，则管中水银柱将( )图10A ．不动B ．向左移动C ．向右移动D ．无法确定是否移动答案 C解析 设降温后水银柱不动，则两段空气柱均为等容变化，初始状态左右压强相等，即p 左＝p 右＝p 对左端空气柱Δp 左ΔT 左＝p 左T 左，则Δp 左＝ΔT 左T 左p 左＝－10293p同理右端空气柱Δp 右＝－20293p所以|Δp 右|>|Δp 左|，即右侧空气柱的压强降低得比左侧空气柱的压强多，故水银柱向右移动，选项C 正确．一、选择题考点一 气体压强的计算1.一端封闭的玻璃管倒插入水银槽中，管竖直放置时，管内水银面比管外高h (cm)，上端空气柱长为L (cm)，如图1所示，已知大气压强为H cmHg ，下列说法正确的是( )图1A ．此时封闭气体的压强是(L ＋h ) cmHgB ．此时封闭气体的压强是(H －h ) cmHgC ．此时封闭气体的压强是(H ＋h ) cmHgD ．此时封闭气体的压强是(H －L ) cmHg 答案 B解析 利用等压面法，选管外水银面为等压面，则封闭气体压强p ＋p h ＝p 0，得p ＝p 0－p h ，即p ＝(H －h ) cmHg ，故B 项正确．2．如图2所示，一圆筒形汽缸静置于地面上，汽缸的质量为M ，活塞(连同手柄)的质量为m ，汽缸内部的横截面积为S ，大气压强为p 0.现用手握住活塞手柄缓慢向上提，不计汽缸内气体的质量及活塞与汽缸壁间的摩擦，重力加速度为g ，若汽缸刚提离地面时汽缸内气体的压强为p ，则( )图2A ．p ＝p 0＋mg SB ．p ＝p 0－mg SC ．p ＝p 0＋Mg SD ．p ＝p 0－Mg S答案 D解析 对汽缸缸套受力分析有Mg ＋pS ＝p 0S ，p ＝p 0－MgS，选D. 3．如图3所示，竖直放置的弯曲管A 端开口，B 端封闭，密度为ρ的液体将两段空气封闭在管内，管内液面高度差分别为h 1、h 2和h 3，则B 端气体的压强为(已知大气压强为p 0，重力加速度为g )( )图3A ．p 0－ρg (h 1＋h 2－h 3)B ．p 0－ρg (h 1＋h 3)C ．p 0－ρg (h 1＋h 3－h 2)D ．p 0－ρg (h 1＋h 2) 答案 B解析 需要从管口依次向左分析，中间气室压强比管口低ρgh 3，B 端气体压强比中间气室低ρgh 1，所以B 端气体压强为p 0－ρgh 3－ρgh 1，选B 项． 考点二 变质量问题4．空气压缩机的储气罐中储有1.0atm 的空气6.0L ，现再充入1.0atm 的空气9.0L ．设充气过程为等温过程，空气可看做理想气体，则充气后储气罐中气体压强为( ) A ．2.5atm B ．2.0atm C ．1.5atm D ．1.0atm答案 A解析 取全部气体为研究对象，由p 1(V 1＋V 2)＝pV 1得p ＝2.5atm ，故A 正确．5．用打气筒将压强为1atm 的空气打进自行车轮胎内，如果打气筒容积ΔV ＝500cm 3，轮胎容积V ＝3L ，原来压强p ＝1.5atm.现要使轮胎内压强变为p ′＝4atm ，问用这个打气筒要打气次数为(设打气过程中空气的温度不变)( )A ．10次B ．15次C ．20次D ．25次 答案 B解析 温度不变，由玻意耳定律的分态气态方程得pV ＋np 1ΔV ＝p ′V ，代入数据得 1．5atm ×3L ＋n ×1atm ×0.5L ＝4atm ×3L ， 解得n ＝15.考点三 液柱移动问题6.在一端封闭的粗细均匀的玻璃管内，用水银柱封闭一部分空气，玻璃管开口向下，如图4所示，当玻璃管自由下落时，空气柱长度将( )图4A ．增大B ．减小C ．不变D ．无法确定答案 B解析 水银柱原来是平衡的，设空气柱长度为l 1，后来因为自由下落有重力加速度而失去平衡，发生移动．开始时气体压强p 1＝p 0－ρgL ，气体体积V 1＝l 1S .自由下落后，设空气柱长度为l 2，水银柱受管内气体向下的压力p 2S 、重力mg 和大气向上的压力p 0S ，如图所示，根据牛顿第二定律可得p 2S ＋mg －p 0S ＝mg ，解得p 2＝p 0，即p 2>p 1.再由玻意耳定律得p 1V 1＝p 2V 2，p 1l 1S ＝p 2l 2S ，因为p 2>p 1，所以l 2<l 1，所以空气柱长度将减小．故正确答案为B.二、非选择题7．(变质量问题)氧气瓶的容积是40L ，其中氧气的压强是130atm ，规定瓶内氧气压强降到10atm 时就要重新充氧．有一个车间，每天需要用1atm 的氧气400L ，一瓶氧气能用几天？假定温度不变． 答案 12天解析 用如图所示的方框图表示思路．温度不变，由V 1→V 2：p 1V 1＝p 2V 2，V 2＝p 1V 1p 2＝130×4010L ＝520L ，由(V 2－V 1)→V 3：p 2(V 2－V 1)＝p 3V 3，V 3＝p 2(V 2－V 1)p 3＝10×4801L ＝4800L ，则V 3400L＝12(天)． 8．(气体实验定律的综合应用)如图5所示，汽缸长为L ＝1m ，固定在水平面上，汽缸中有横截面积为S ＝100cm2的光滑活塞，活塞封闭了一定质量的理想气体，当温度为t ＝27℃，大气压强为p 0＝1×105Pa 时，气柱长度为l ＝90cm ，汽缸和活塞的厚度均可忽略不计．求：图5(1)如果温度保持不变，将活塞缓慢拉至汽缸右端口，此时水平拉力F 的大小是多少？ (2)如果汽缸内气体温度缓慢升高，使活塞移至汽缸右端口时，气体温度为多少摄氏度？ 答案 (1)100N (2)60.3℃解析 (1)设活塞到达缸口时，被封闭气体压强为p 1，则p 1S ＝p 0S －F 由玻意耳定律得：p 0lS ＝p 1LS ，解得：F ＝100N (2)由盖吕萨克定律得：lS 300K ＝LS(273K ＋t ′)解得：t ′≈60.3℃.9．(气体实验定律的综合应用)如图6所示，A 汽缸横截面积为500cm 2，A 、B 两个汽缸中装有体积均为10L 、压强均为1atm 、温度均为27℃的理想气体，中间用细管连接．细管中有一绝热活塞M ，细管容积不计．现给左边的活塞N 施加一个推力，使其缓慢向右移动，同时给B 中气体加热，使此过程中A 汽缸中的气体温度保持不变，活塞M 保持在原位置不动．不计活塞与器壁、细管间的摩擦，周围大气压强为1atm ＝105Pa ，当推力F ＝53×103N 时，求：图6(1)活塞N 向右移动的距离是多少厘米？ (2)B 汽缸中的气体升温到多少摄氏度？ 答案 (1)5cm (2)127℃解析 (1)p A ′＝p A ＋F S ＝43×105Pa对A 中气体，由p A V A ＝p A ′V A ′..精品 得V A ′＝p A V A p A ′，解得V A ′＝34V A L A ＝V A S＝20cm L A ′＝V A ′S＝15cm Δx ＝L A －L A ′＝5cm(2)对B 中气体，p B ′＝p A ′＝43×105Pa 由p B T B ＝p B ′T B ′解得T B ′＝p B ′p B T B ＝400K ＝127℃.。
2.温度内能气体的压强-教科版选修3-3教案
2. 温度内能气体的压强-教科版选修3-3教案一、教学目标1.了解温度、内能、气体压强的基本概念和相互关系。
2.掌握用气体状态方程计算气体的压强、体积、温度等值的方法。
3.能够运用所学知识解决与气体状态相关的实际问题。
二、教学重点1.温度、内能、气体压强的概念和相互关系。
2.气体状态方程的运用。
三、教学难点1.气体状态方程的运用。
2.解决与气体状态相关的实际问题。
四、教学内容和方法1. 温度、内能、气体压强的概念和相互关系（1）通过观察空气的冷却、热胀冷缩现象，引入温度、内能概念。
（2）通过观察鼓风机的作用、小球运动等现象，引入气体压强概念。
（3）引导学生思考，探究温度、内能与气体压强的相互关系，导出理想气体状态方程。
2. 气体状态方程的运用（1）测量气体的压强、体积、温度等值。
（2）运用理想气体状态方程计算气体的压强、体积、温度等值。
3. 实际问题的解决通过运用所学知识解决与气体状态相关的实际问题，如压力锅的原理、空气瓶常见问题等。
五、教学建议1.提前准备好物品，如热风球、鼓风机等。
2.多组织学生实验，让学生自己探究温度、内能、气体压强的相互关系。
3.实验结束后，引导学生总结和归纳，建立起气体状态方程的概念，并将所得数据及结论记录下来，方便查阅和复习。
4.教师应在实验中引导学生，让学生自己分析结果、处理数据、解决问题，提高学生的自主学习和创新能力。
六、教学评价和反思1.所学知识是否能够应用于实际问题的解决？2.学生是否能够熟练地使用所学知识计算气体的压强、体积、温度等值？3.学生能否通过实验、演算等方式，深入理解温度、内能、气体压强的基本概念和相互关系？通过对学生学习情况的调查和思考，教师可以对教学方法和教学内容进行调整和改进，提高教学效果和学生的学习兴趣。
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2 温度内能气体的压强[学习目标] 1.知道温度是分子热运动平均动能的标志，渗透统计的方法.2.知道分子势能随分子间距离变化的关系，理解分子势能与物体的体积有关.3.知道什么是内能，知道物体的内能跟物体的物质的量、温度和体积有关，知道内能和机械能的区别与联系.4.理解气体压强的微观意义．一、分子动能、温度1．分子动能：由于分子永不停息地做无规则运动而具有的能量．2．分子的平均动能所有分子热运动动能的平均值．3．温度：温度标志着物体内部大量分子做无规则热运动的剧烈程度，可以作为物体分子热运动的平均动能的量度．二、分子势能、内能1．分子势能(1)定义：由分子间的相对位置决定的能．(2)分子力做功和分子势能的关系分子力做正功，分子势能减少，分子力做负功，分子势能增加，且分子力做功的数值等于分子势能的变化量．(3)决定因素①宏观上：分子势能的大小与物体的体积有关．②微观上：分子势能与分子之间的距离有关．2．物体的内能(1)物体的内能是物体中所有分子做热运动所具有的动能和分子势能的总和．(2)相关因素①物体所含的分子总数由物质的量决定．②分子热运动的平均动能由温度决定．③分子势能与物体的体积有关．故物体的内能由物质的量、温度、体积共同决定，同时受物态变化的影响．三、气体的压强1．气体压强的大小等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．2．产生原因：大量气体分子对器壁的碰撞引起的．3．决定因素：(1)微观上决定于分子的平均动能和分子的密集程度；(2)宏观上决定于气体的温度T和体积V.4．压强特点：气体内部压强处处相等．[即学即用]1．判断下列说法的正误．(1)物体温度升高，每个分子的动能都增加．(×)(2)物体温度升高，分子的平均动能增加．(√)(3)气体压强是由于气体分子间的斥力产生的．(×)(4)一定质量的气体被压缩时，气体压强一定会增大．(×)(5)分子的势能是由分子间相对位置决定的能量，随分子间距的变化而变化．(√) 2．(1)1千克10℃的水比10千克2℃的铁的分子的平均动能________．(2)质量和体积一定的同种气体，温度高时气体的内能________．答案(1)大(2)大一、分子动能温度[导学探究] (1)为什么研究分子动能的时候主要关心大量分子的平均动能？(2)物体温度升高时，物体内每个分子的动能都增大吗？(3)物体运动的速度越大，其分子的平均动能也越大吗？答案(1)分子动能是指单个分子热运动的动能，但分子运动是无规则的，因此各个分子的动能以及一个分子在不同时刻的动能都不尽相同，所以研究单个分子的动能没有意义，我们主要关心的是大量分子的平均动能．(2)温度是大量分子无规则热运动的集体表现，含有统计的意义，对于个别分子，温度是没有意义的．所以物体温度升高时，个别分子的动能可能减小，也可能不变．(3)不是．分子的平均动能与宏观物体运动的速度无关．[知识深化]1．单个分子的动能由于分子运动的无规则性，在某时刻物体内部各个分子的动能大小不一，就是同一个分子，在不同时刻的动能也可能是不同的，所以单个分子的动能没有意义．2．分子的平均动能(1)温度是大量分子无规则热运动的宏观表现，具有统计意义．温度升高，分子的平均动能增大，但不是每个分子的动能都增大，个别分子的动能可能减小或不变，但总体上所有分子的动能之和一定是增加的．(2)由于不同物质的分子质量一般不同，所以同一温度下，不同物质的分子热运动的平均动能相同，但平均速率一般不同．特别提醒分子的平均动能与宏观上物体的运动速度无关．例1下列关于物体的温度与分子动能的关系，正确的说法是( )A．某物体的温度是0℃，说明物体中分子的平均动能为零B．物体温度升高时，每个分子的动能都增大C．物体温度升高时，分子平均动能增大D．物体的运动速度越大，则物体的温度越高答案 C解析某种气体温度是0℃，物体中分子的平均动能并不为零，因为分子在永不停息地运动，A错；当温度升高时，分子运动加剧，平均动能增大，但并不是所有分子的动能都增大，B 错，C对；物体的运动速度越大，物体的动能越大，这并不能代表物体内部分子的热运动越剧烈，所以物体的温度不一定高，D错．1．虽然温度是分子平均动能的标志，但是零度(0℃)时物体中分子的平均动能却不为零．2．物体内分子做无规则热运动的速度和物体做机械运动的速度是完全不同的两个概念．二、分子势能[导学探究] (1)功是能量转化的量度，分子力做功对应什么形式的能量变化呢？(2)若分子力表现为引力，分子间距离增大时，分子力做什么功？分子势能如何变化？分子间距离减小时，分子力做什么功？分子势能如何变化？(3)若分子力表现为斥力，分子力做功情况以及分子势能的变化情况又如何呢？答案(1)分子力做功对应分子势能的变化(2)负功分子势能增加正功分子势能减小(3)分子间距离增大时，分子力做正功，分子势能减小；分子间距离减小时，分子力做负功，分子势能增大．[知识深化]1．分子力、分子势能与分子间距离的关系分子势能与分子间的距离的关系图像如图1所示．图12．分子势能的特点由分子间的相对位置决定，随分子间距离的变化而变化．分子势能是标量，正、负表示的是大小，具体的值与零势能点的选取有关．3．分子势能的影响因素(1)宏观上：分子势能跟物体的体积有关．(2)微观上：分子势能跟分子间距离r有关，分子势能与r的关系不是单调变化的．例2(多选)两个相距较远的分子仅在分子力作用下由静止开始运动，直至不能再靠近．在此过程中，下列说法正确的是( )A．分子力先增大，后一直减小B．分子力先做正功，后做负功C．分子动能先增大，后减小D．分子势能先增大，后减小E．分子势能和分子动能之和不变答案BCE解析由分子动理论的知识，当两个分子从相距较远的位置相互靠近，直至不能再靠近的过程中，分子力先是表现为引力且先增大后减小，之后表现为分子斥力，一直增大，所以A 错误；分子引力先做正功，然后分子斥力做负功，分子势能先减小再增大，分子动能先增大后减小，所以B、C正确，D错误；因为只有分子力做功，所以分子势能和分子动能的总和保持不变，所以E正确．1．分子势能的变化情况只与分子力做功相联系．分子力做正功，分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大．分子力做功的大小等于分子势能变化量的大小．2．讨论分子势能变化时，绝不能简单地由物体体积的增大、减小得出结论．导致分子势能变化的原因是分子力做功．例3如图2所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上．甲分子对乙分子的作用力F与两分子间距离关系如图中曲线所示．现把乙分子从a处逐渐向甲分子靠近，则( )图2A．乙分子从a到b过程中，分子力增大，分子势能增大B．乙分子从a到c过程中，分子力先增大后减小，分子势能一直减小C．乙分子从b到d过程中，分子力先减小后增大，分子势能一直增大D．乙分子从c到d过程中，分子力增大，分子势能减小答案 B解析从a到c的过程中，分子力表现为引力，做正功，故分子势能减小，分子力先增大后减小，从c到d过程中，分子力表现为斥力，分子力做负功，故分子势能增加，分子力增大，B正确．分子势能图像问题的解题技巧1．要明确分子势能、分子力与分子间的距离关系图像中拐点的不同意义．分子势能图像的最低点(最小值)对应的距离是分子平衡距离r0，分子力图像与r轴交点的横坐标表示平衡距离r0.2．要把图像上的信息转化为分子间的距离，再求解其他问题．三、内能[导学探究] (1)结合影响分子动能和分子势能的因素，从微观和宏观角度讨论影响内能的因素有哪些？(2)物体的内能随机械能的变化而变化吗？内能可以为零吗？答案(1)微观上：物体的内能取决于物体所含分子的总数、分子的平均动能和分子间的距离．宏观上：物体的内能取决于物体所含物质的量、温度和体积及物态．(2)物体的机械能变化时其温度和体积不一定变化，因此其内能不一定变化，两者之间没有必然联系．组成物体的分子在做永不停息的无规则运动，因此物体的内能不可能为零．[知识深化]1．内能的决定因素(1)宏观因素：物体内能的大小由物质的量、温度和体积三个因素决定，同时也受物态变化的影响．(2)微观因素：物体内能的大小由物体所含的分子总数、分子热运动的平均动能和分子间的距离三个因素决定．2．温度、内能和热量的比较(1)温度宏观上表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志．(2)内能是物体中所有分子的热运动动能与分子势能的总和．(3)热量指在热传递过程中，物体吸收或放出热的多少，等于物体内能的变化量．3．内能和机械能的区别与联系4.物态变化对内能的影响一些物质在物态发生变化时，如冰的熔化、水在沸腾时变为水蒸气，温度不变，此过程中分子的平均动能不变，由于分子间的距离变化，分子势能变化，所以物体的内能变化．例4下列说法正确的是( )A．铁块熔化成铁水的过程中，温度不变，内能也不变B．物体运动的速度增大，则物体中分子热运动的平均动能增大，物体的内能增大C．A、B两物体接触时有热量从物体A传到物体B，这说明物体A的内能大于物体B的内能D．A、B两物体的温度相同时，A、B两物体的内能可能不同，分子的平均速率也可能不同答案 D解析温度是分子平均动能的标志，内能是所有分子热运动动能和分子势能的总和，故温度不变时，内能可能变化，A项错误；两物体温度相同，内能可能不同，分子的平均动能相同，但分子的平均速率可能不同，故D项正确；最易出错的是认为有热量从A传到B，A的内能肯定大，其实有热量从A传到B，只说明A的温度高，内能大小还要看它们的总分子数和分子势能这些因素，故C项错误；机械运动的速度与分子热运动的平均动能无关，故B项错误．比较物体内能的大小和判断内能改变的方法具体比较和判断时，必须抓住物体内能的大小与分子总数、温度、物体的体积及物态等因素有关，结合能量守恒定律，综合进行分析．(1)当物体质量m一定时(相同物质的摩尔质量M相等)，物体所含分子数n就一定．(2)当物体温度一定时，物体内部分子的平均动能就一定．(3)当物体的体积不变时，物体内部分子间的相对位置就不变，分子势能也不变．(4)当物体发生物态变化时，要吸收或放出热量，使物体的温度或体积发生改变，物体的内能也随之变化．四、气体的压强[导学探究] (1)如图3所示，密闭容器内封闭一定质量的气体，气体的压强是由气体分子间的斥力产生的吗？图3(2)把一颗豆粒拿到台秤上方约10cm的位置，放手后使它落在秤盘上，观察秤的指针的摆动情况．如图4所示，再从相同高度把100粒或更多的豆粒连续地倒在秤盘上，观察指针的摆动情况．使这些豆粒从更高的位置落在秤盘上，观察指针的摆动情况．用豆粒做气体分子的模型，试说明气体压强产生的原理．图4答案(1)不是，是分子撞击器壁而产生的．(2)说明气体压强的大小跟两个因素有关：一个是气体分子的平均动能，一个是分子的密集程度．[知识深化]1．气体压强的产生：单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁地碰撞器壁，就会对器壁产生持续、均匀的压力．所以从分子动理论的观点来看，气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力．2．决定气体压强大小的因素(1)微观因素①气体分子的密集程度：气体分子密集程度(即单位体积内气体分子的数目)越大，在单位时间内，与单位面积器壁碰撞的分子数就越多，气体压强就越大．②气体分子的平均动能：气体的温度越高，气体分子的平均动能就越大，每个气体分子与器壁碰撞时(可视为弹性碰撞)给器壁的冲力就越大；从另一方面讲，分子的平均速率越大，在单位时间内器壁受气体分子撞击的次数就越多，累计冲力就越大，气体压强就越大．(2)宏观因素：①气体的体积：一定质量气体的体积越大，气体的分子密度越小，气体的压强越小．②气体的温度：气体的温度越高，气体的分子平均速率越大，气体的压强越大．特别提醒由于大量气体分子向各个方向运动的概率相等，因而气体内部压强处处相等．例5下列说法正确的是( )A．气体对器壁的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力B．气体对器壁的压强就是大量气体分子单位时间作用在器壁上的平均作用力C．气体分子热运动的平均动能减小，气体的压强一定减小D．单位体积的气体分子数增加，气体的压强一定增大答案 A解析气体压强为气体分子对器壁单位面积的平均作用力，故A正确，B错误；气体压强的大小与气体分子的平均动能和气体分子密集程度均有关，故C、D错误．气体压强问题的解题思路1．明确气体压强产生的原因——大量做无规则运动的分子对器壁频繁持续的碰撞．压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力；2．明确气体压强的决定因素——气体分子的密集程度与平均动能；3．只有知道了这两个因素的变化，才能确定压强的变化，任何单个因素的变化都不能决定压强是否变化．1．(分子动能、温度)下列说法正确的是( )A．只要温度相同，任何物体分子的平均动能都相同B．分子动能指的是由于分子定向移动具有的动能C．100个分子的动能和分子势能的总和就是这100个分子的内能D．温度高的物体中每一个分子的运动速率大于温度低的物体中每一个分子的运动速率答案 A解析温度相同，物体分子的平均动能相同，A正确；分子动能是由于分子无规则运动而具有的动能，B错误；物体内能是对大量分子而言，对100个分子毫无意义，C错误；相同物质，温度高的物体分子平均速率大，温度是分子平均动能大小的标志，对单个分子没有意义，D错误．2．(分子势能)下列关于分子力和分子势能的说法正确的是( )A．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而增大B．当分子力表现为引力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的增大而减小C．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而增大D．当分子力表现为斥力时，分子力和分子势能总是随分子间距离的减小而减小答案 C解析当分子力表现为引力时，分子间距离增大，分子力做负功，分子势能增大，所以A、B错误；当分子力表现为斥力时，分子间距离减小，分子力增大，分子力做负功，分子势能增大，所以C正确，D错误．3．(内能)关于物体的内能，下列说法中正确的是( )A．机械能可以为零，但内能永远不为零B．温度相同、质量相同的物体具有相同的内能C．温度越高，物体的内能越大D．0℃的冰的内能与等质量的0℃的水的内能相等答案 A解析机械能是宏观能量，可以为零，而物体内的分子在永不停息地做无规则运动，且存在相互作用力，所以物体的内能永不为零，A项正确；物体的内能与物质的量、温度和体积及物态有关，B、C、D错误．4．(气体的压强)(多选)两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知容器中气体的压强不相同，则下列判断中正确的是( )A．压强小的容器中气体的温度比较高B．压强大的容器中气体单位体积内的分子数比较少C．压强小的容器中气体分子的平均动能比较小D．压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大答案CD解析相同的密闭容器分别装有等质量的同种气体，说明它们所含的分子总数相同，即分子数密度相同，B错；压强不同，一定是因为两容器气体分子平均动能不同造成的，压强小的容器中分子的平均动能一定较小，温度较低，故A错，C对；压强大的容器中气体分子对器壁单位面积的平均作用力比较大，故D正确．一、选择题考点一分子动能1．(多选)对于20℃的水和20℃的水银，下列说法正确的是( )A．两种物体的分子的平均动能相同B．水银的分子的平均动能比水的大C．两种物体的分子的平均速率相同D．水银分子的平均速率比水分子的平均速率小答案AD解析温度是分子平均动能的标志，温度相同的物体的分子的平均动能相同，故A对，B错；由水银的摩尔质量大于水的摩尔质量，知D对，C错．2．(多选)下列关于分子动能的说法，正确的是( )A．物体的温度升高，每个分子的动能都增加B．物体的温度升高，分子的平均动能增加C．若分子的质量为m，平均速率为v，则平均动能为12 mv2D．分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子的总数之比答案BD解析温度是分子平均动能的标志，温度升高，分子的平均动能增加，但是其中个别分子的动能却有可能减小，A错，B对；分子的平均动能等于物体内所有分子的动能之和与所有分子总数的比值，所以C错，D对．考点二分子势能3．在两个分子间的距离由r0(平衡位置)变为10r0的过程中，关于分子间的作用力F和分子间的势能E p的说法中，正确的是( )A．F不断减小，E p不断减小B．F先增大后减小，E p不断增大C．F不断增大，E p先减小后增大D．F、E p都是先减小后增大答案 B解析分子间距r＝r0时，分子力F＝0；随r的增大，分子力表现为引力，F≠0；当r＝10r0时，F＝0，所以F先增大后减小．在分子间距由r0至10r0的过程中，始终克服分子引力做功，所以分子势能一直增大，所以选项B正确．4．如图1所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于x轴上，甲、乙两分子间的作用力与两分子间距离的关系如图中曲线所示，F>0为斥力，F<0为引力．a、b、c、d为x轴上四个特定的位置，现将乙分子从a移动到d的过程中，两分子间的分子力和分子势能同时都增大的阶段是( )图1A．从a到b B．从b到cC．从b至d D．从c到d答案 D解析根据分子力做功与分子势能的关系，分子力做正功分子势能减少，分子力做负功分子势能增加，而在c到d阶段，分子表现为斥力，随距离减小，分子力也增大，故D选项正确．5．(多选)关于分子势能和物体体积的关系，下列说法中正确的是( )A．当物体体积增大时，其分子势能必定增大B．当物体体积增大时，其分子势能不一定增大C．当物体体积减小时，其分子势能必定减小D．当物体体积不变时，其分子势能一定不变答案BD考点三物体的内能及其综合应用6．关于物体的内能，以下说法正确的是( )A．箱子运动的速度减小，其内能也减小B．篮球的容积不变，内部气体的温度降低，其气体的内能将减小C．物体的温度和体积均发生变化，其内能一定变化D．对于一些特殊的物体，可以没有内能答案 B解析物体的内能与物体的机械运动无关，故A错误；当气体的体积不变而温度降低时，气体的分子势能不变，分子的平均动能减小，气体的内能减小，故B正确；物体的温度和体积均发生变化时，物体内的分子势能和分子的平均动能都发生变化，其内能可能不变，故C 错误；任何物体都有内能，故D错误．7．下面有关机械能和内能的说法中正确的是( )A．机械能大的物体，内能一定也大B．物体做加速运动时，其运动速度越来越大，物体内分子平均动能必增大C．物体降温时，其机械能必减少D．摩擦生热是机械能向内能的转化答案 D解析机械能与内能有着本质的区别，对于同一物体，机械能是由其宏观运动速度和相对高度决定的，而内能是由物体内部分子无规则运动和聚集状态决定的．8．(多选)回收“神舟十号”飞船的过程中，飞船在轨道上运行的高度逐渐降低进入大气层，最后安全着陆．由于与大气的高速摩擦，使得飞船壳体外表温度上升到近二千摄氏度，从分子动理论和能量方面下列理解正确的是( )A．飞船壳体材料每个分子的动能均增大B．飞船壳体材料分子的平均动能增大C．飞船的内能向机械能转化D．飞船的机械能向内能转化答案BD解析飞船壳体外表温度升高，说明分子的平均动能增大，故A错，B对；飞船的高度逐渐降低，与大气高速摩擦，机械能向内能转化，故C错，D对．考点四气体的压强9．下列各组物理量哪些能决定气体的压强( )A．分子的平均动能和分子种类B．分子密集程度和分子的平均动能C．分子总数和分子的平均动能D．分子密集程度和分子种类答案 B解析气体的压强是由大量分子碰撞器壁而引起的，气体分子的密集程度越大(即单位体积内分子数越多)，在单位时间内撞击器壁单位面积的分子就越多，则气体的压强越大．另外气体分子的平均动能越大，分子撞击器壁对器壁产生的作用力越大，气体的压强就越大．故决定气体压强的因素是分子密集程度和分子的平均动能，故B项正确．二、非选择题10．(内能)三个瓶子分别盛有质量相同的氢气、氧气和氮气，它们的温度相同，则分子平均速率最大的是________；在不计分子势能的情况下，气体内能最大的是________．答案氢气氢气11．(内能)(1)1kg的40℃的水跟1kg的80℃的水哪个内能多？(2)1kg的40℃的水跟2kg的40℃的水哪个内能多？(3)一杯100℃的开水跟一池塘常温下的水哪个内能多？(4)1kg的100℃的水跟1kg的100℃的水蒸气哪个内能多？答案见解析解析(1)两者质量一样，同种物质，所以分子数目一样，而80℃的水比40℃的水的水分子平均动能大，若不考虑水的膨胀引起的体积微小变化，则1kg的80℃的水的内能多．(2)1kg的40℃的水跟2kg的40℃的水比较，2kg的40℃的水内能多，因为后者分子数目多．(3)虽然100℃的开水的水分子平均动能较大，但池塘的水的分子数比一杯水的分子数多得多，故一池塘常温下的水的内能比一杯100℃的开水的内能多．(4)它们的质量相等，因而所含分子数相等，分子的平均动能也相同，但100℃的水蒸气分子势能比100℃的水的分子势能大，故1kg的100℃的水蒸气的内能比1kg的100℃的水的内能多．。