72知识讲解 气体的等温变化

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 ==－，

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31 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 ． 2

1 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1122p V 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．