资源简介

第十一章 气体、液体、固体
第一~三节
主讲教师：XXX
第十章
分子动理论
目录
01
气体的状态
02
气体的等温变化
03
气体的等容变化和等压变化
第十一章
新课引入
孔明灯 发明于18 世纪明灯和热气球都是通过加热气体获得向上的动力，但 要了解它们上升的原理，还必须进一步研究气体的相关性质
第十一章
气体宏观状态的描述
一定质量的气体是由大量做无规则运动的分子组成的系统，宏观上表现为充满一定的 空间，具有热学、力学等物理性质。我们分别用体积、温度和压强来描述气体的这些宏观物理性质。
第十一章
状态参量
对象
参量类型
状态参量：
质点的运动状态
位置和速度v
运动学参量
系统的空间范围
体积V
系统间或内部力的作用
压强P
几何参量
力学参量
热学参量
确定系统冷热程度
温度T
例如：某钢瓶容积为100L，其内煤气温度为20oC时的气压为5atm。
表示系统某种性质的物理量
描述
状态参量
热力学系统
第十一章
● 气体的体积
组成气体的大量分子总能充满整个容器=此气体的体积就是盛放气体容器的容积。
第十一章
● 气体的温度
将两个温度不同的系统互相接触，这两个系统的状态都会变化，热的变冷，冷的变 热。经过一段时间后，这两个系统的状态不再变化，达到平衡，这种平衡叫做热平衡，处于热平衡状态的两个系统具有相同的温度。为了定量地描述温度，就必须建立温标。常用 的温标有摄氏温标、热力学温标等。
第十一章
一切达到热平衡的系统都具有相同的温度。温度是标志一个系统与另一个系统是否处于热平衡状态的物理量，这就是常用温度计能够用来测量温度的基本原理．
即：两系统处于热平衡时，存在一个数值相等的态函数，这个态函数就是温度。定义中“共同的热学性质”就是初中所说的“冷热程度”
热平衡定律表明，当两个系统A、B处于热平衡时，它们必定具有某个共同的热学性质，我们就把表征这一“共同的热学性质”的物理量叫作温度（temperature）。
第十一章
（1）热平衡：如果两个系统相互接触而传热，这两个系统的状态参量将会互相影响而分别改变。经过一段时间后，各自的状态参量不再变化（达到了相同的温度），这说明两个系统达到了平衡，我们就说两个系统达到了热平衡。（两个系统是通过热传递达到的平衡）
（2）两个系统达到热平衡的实质：接触时两系统不再进行热传递。不传热的充分条件是温度相同，因此两系统达到热平衡时，两个系统不再变化的状态参量是温度T。
（3）理解：①平衡态不是热平衡。平衡态是对某一系统而言的，而热平衡是对两个接触的系统而言的。
②即使两个物体没接触过，但只要两个系统在接触时它们的状态不发生变化,我们就说这两个系统原来就处于热平衡。
第十一章
平衡态与热平衡的比较

平衡态
热平衡
区别
研究对象
判断依据
联系
一个系统
两个接触的系统
系统不受外界影响，状态参量不变
两个系统温度相同
处于热平衡的两个系统都处于平衡态
第十一章
● 气体的压强
容器壁单位面积上所受的气体分子压力就是气体的压强，用字母p 表示，国际单位是 帕斯卡 (Pa) ，简称帕。
容器内大量运 动的气体分子对容器器壁的不断撞击也会产生压力。当气体处于 平衡状态时，尽管单个分子对器壁的撞击作用是断续的、随机 的，但大量分子对容器撞击所产生的压力却是持续的、稳定的。 一定质量的气体压强与分子的质量、分子运动的速度和单位时间 内撞击单位面积器壁的分子数等有关，即与温度和容器内的分子 数密度 (单位体积内的分子数) 有关。
第十一章
气体的等温变化
3、温度
2、体积
1、压强
热力学温度T ：开尔文
T = t ＋ 273 K
体积 V
单位：有m3、L、mL等
压强 p
单位：Pa（帕斯卡）
复习：气体的状态参量（P、V、T）
多变量问题，如何研究？
——控制变量法
≈10m水柱
第十一章
等温变化
01
（2）说明：气体的状态参量（P、V、T），三个量中有两个或三个都发生了变化，气体状态就发生了改变。
（1）定义：一定质量的气体，在温度不变的条件下其压强与体积的变化。我们把这种变化叫做等温变化。（ m不变；T不变）
想一想
三个状态参量中可以只变化一个吗？
PV=nRT （克拉伯龙方程）
P:atm V:L R=0.082
P:Pa V:m3 R=8.31
第十一章
探究气体等温变化的规律
（1）定性研究
健身球自然放地面上时，手摸球的触感——很软；
一个人压在健身球上面，手摸球的触感——很硬。
结论：质量一定的气体，体积越小，压强越大。
第十一章
【实验思路】
（2）定量研究
针对气体的研究，我们可以先选定一个热力学系统，比如一定质量的空气，在温度不变的情况下，测量气体在不同体积时的压强，再分析气体压强与体积的关系。
利用注射器选取一段空气柱为研究对象，如图,注射器下端的开口有橡胶套，它和柱塞一起把一段空气柱封闭。在实验过程中，一方面让空气柱内气体的质量不变;另一方面，让空气柱的体积变化不要太快，保证温度不发生明显的变化。
第十一章
①让空气柱的体积变化不要太快（缓慢拉动活塞，容器透热）
1、选定一个热力学系统：
注射器内一定质量的气体.
①柱塞上涂上润滑油（凡士林）
②不能用手触摸玻璃管，环境恒温。
2、实验要求：
⑴保证气体质量一定——不漏气。
②注射器下端的开口有橡胶套
⑵保证温度不发生明显的变化。
第十一章
从压力表读取。
压强p：
因为横截面积S一定，以空气柱的长度l 代表气体的体积。
体积V：
读数次数
5
4
3
初始
2
6
压强（×105Pa）
体积(单位体积)

2.00
1.00
2.25
0.85
1.52
1.29?
1.25
1.65
1.00
2.00
2.50
0.80
第十一章
【数据分析】
温度不变时压强与体积的关系
第十一章
1）在这个实验中，为了找到体积与压强的关系，是否一定要测量空气柱的横截面积？
2）用刻度尺检查可以发现，玻璃管外侧的刻度尽管是均匀的，但并非准确的等于1cm,2cm,3cm……这对实验结果的可靠性是否有影响？
V1:V2 = SL1:SL2 =L1:L2
无影响。因为刻度均匀，所以 L1: L2即长度比就等于刻度标识的读数比，不受影响
由于注射器是圆柱形的，横截面积不变，所以只需测出空气柱的长度即可
想一想
3) 实验中如何保证气体温度不变？
①改变气体体积时，要缓慢进行，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以防止圆筒从手上吸收热量，引起内部气体温度变化.
第十一章
在这个实验中，根据实验数据做出p?-????????函数图像为直线，但可能不通过坐标原点。为什么？
?
不过原点，说明压强P与体积的倒数?????????是一次函数关系；还可能是实验中存在误差，导致直线不过坐标原点。
?
在气体的体积为无穷大时，?????????=0，气体为近似真空，压强应该为0，所以直线不通过原点，说明是实验误差。
?
理论分析：
误差来源：
注射器与传感器相连部分的体积没有考虑。
减小误差的方法
应该使用较大的注射器，在实验过程中，气体的体积不宜压得太小，这样使那一部分的体积可以忽略不计。
第十一章
一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强P跟体积V成反比
1、内容：
2、表达式：
研究对象:一定质量的气体
适用条件:温度保持恒定
适用范围:温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）
其中P1，V1和P2，V2分别表示气体在1，2两个状态下的压强和体积
C与气体的种类、质量、温度有关。（ PV=C=nRT ）
对一定质量的某种气体：温度不变，C不变；
对一定质量的某种气体：温度越高，C越大．
玻意耳定律又叫玻马定律，英国物理学家玻意耳和法国物理学家马略特各自通过实验发现。
玻意耳定律
相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
第十一章
P-V图（等温线）
1. P-V图：一定质量的理想气体，在温度不变的情况下P与V成反比，因此P-V图像的形状为双曲线的一支。它描述的是温度不变时的p ?-V关系，称为等温线。
面积：S=PV=C=nRT
V
p
0
等温线
对一定质量的某种气体，
温度不变,C不变；温度越高，C越大．
T1
T2
特点：
（1）每条等温线上气体各状态温度相同；
（2）温度越高等温线离坐标轴或原点越远（T1（3）一定质量的气体，不同温度下的等温线是不同的。
【想一想】为什么体积相同，压强大的温度高?
因为温度高，分子运动剧烈，撞击容器壁。
第十一章
p?-?????????图
?
特点：
（1）斜率越大，PV乘积越大，温度越高。
（2）一定质量气体，不同温度下的等温线是不同的。
T1
T2
p
1/V
0
斜率：K=P/(1/V) =PV=C
等温线
T1 气体体积一定时，分子的数密度一定；温度越高，分子无规则运动越剧烈，气体压强越大。所以T1第十一章
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．
第十一章
法国科学家盖—吕萨克通过实验发现：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之间呈线性关系，把它盖—吕萨克定律。
0
V
t/0C
A
B
甲
结论：当压强不太大，温度不太低时，一定质量的气体，在压强不变时，体积V和温度T成正比.
0
V
T/K
A
B
乙
273.15
气体体积为0时，温度为0
V与摄氏温度t是一次函数关系
V与热力学温度T是正比关系
等压图像
第十一章
2.盖—吕萨克定律内容：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。 即T ?T
式中V1、T1表示气体在1（初态）、V2、T2表示2（末态）
3. 公式表述：
这里的C和玻意耳定律查理定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。
4. 适用范围：①温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）
②气体的质量和体积都不变。
　　　　　　　或
盖—吕萨克定律
第十一章
图象——等压线
（1）等压线：一定质量的某种气体在等压变化过程中，体积随温度变化关系的直线，叫做等压线。
(2)等压线的特点：一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线）。
答：热力学绝对零度不可能达到。
想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？
等压线
V－t图像
V－T图像
V0
V
V
第十一章
V－T和V－t图像：
④V－t图象：在等压变化过程中，体积V与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，压强越小.图象纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积.
特点：
①一定质量的气体的V—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线），斜率反映压强大小。
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等压线上各状态的压强相同。
③不同压强下的等压线，斜率越大，压强越小（同一温度下，体积大的压强小）。
P1第十一章
=CΔT
??????????=C
?
一定质量的气体，在压强不变的条件下，体积的变化量?V与热力学温度的变化量??????（等于摄氏温度变化量?t ）成正比。
?
注意：V与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但体积的变化?V与摄氏温度?t的变化成正比。?V ? ?t(?T)
△V
△T
T1
V1
推论
第十一章
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．
第十一章
法国科学家查理在分析了实验事实后发现：当气体的体积一定时，各种气体的压强与温度之间都有线性关系，把它叫做查理定律。
0
P
t/0C
A
B
甲
结论：当压强不太大，温度不太低时，一定质量的气体，在体积不变时，压强p和温度T成正比.
0
P
T/K
A
B
乙
273.15
气体压强为0时，温度为0
P与摄氏温度t是一次函数关系
P与热力学温度T是正比关系
第十一章
2.查理定律内容：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。 即p ?T
　　　　　　　或
式中p1、T1表示气体在1（初态）、p2、T2表示2（末态）
3. 公式表述：
这里的C和玻意耳定律表达式中的C都泛指比例常数，它们并不相等。
4. 适用范围：①温度不太低，压强不太大
②气体的质量和体积都不变。
=CΔT
??????????=C
?
一定质量的气体，在体积不变的条件下，压强的变化量与热力学温度的变化量（等于摄氏温度变化量?t ）成正比。
△p
△T
T1
p1
注意：p与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但压强的变化?P与摄氏温度?t的变化成正比。?P ? ?t(?T)
第十一章
4. 适用范围：①温度不太低，压强不太大
②气体的质量和体积都不变。
=CΔT
??????????=C
?
一定质量的气体，在体积不变的条件下，压强的变化量与热力学温度的变化量（等于摄氏温度变化量?t ）成正比。
△p
△T
T1
p1
注意：p与热力学温度T成正比，不与摄氏温度t成正比，但压强的变化?P与摄氏温度?t的变化成正比。?P ? ?t(?T)
推论
第十一章
图象——等容线
（1）等容线：一定质量的某种气体在等容变化过程中，压强随温度变化关系的直线，叫做等容线。
p0
P－t图像
P－T图像
等容线
(2)等容线的特点：一定质量的气体的p—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线）。
答：热力学绝对零度不可能达到。
想一想：为什么Ｏ点附近用虚线？
第十一章
P-t图象变化为P-T图象
把交点作为坐标原点，建立新的坐标系，那么，这时的压强与温度的关系就是正比例关系了。
在等容变化过程中，p-t是一次函数关系，不是简单的正比例关系。
如果把直线AB延长至与横轴相交，交点坐标是－273.150C
0
P
t
-273.15
273.15
A
B
0
P
t
A
B
0
P
A
B
-273.15
T
绝对零度
第十一章
p－T和p－t图像：
④p－t图象：在等容变化过程中，压强p与摄氏温度t是一次函数关系，不是简单的正比例关系，如图乙所示，等容线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，且斜率越大，体积越小.图象纵轴的截距p0是气体在0 ℃时的压强.
特点：
①一定质量的气体的P—T图线其延长线过坐标原点（过原点的倾斜直线），斜率反映体积大小。
②图线上每一个点表示气体一个确定的状态，同一根等容线上各状态的体积相同。
③不同体积下的等容线，斜率越大，体积越小（同一温度下，压强大的体积小）。
V1第十一章
一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时，其分子运动的平均速率（v）也增大，则气体压强（p）也增大；反之当温度（T）降低时，气体压强（p）也减小。
查理定律的微观解释:
——实验定律
注意：
条件中的“温度不太低（与室温相比），压强不太大（与大气压相比）”的含义： 相当于大气压几倍的压强都可以算作“压强不太大”，零下几十摄氏度的温度也可以算作“温度不太低”。
第十一章
查理定律与盖·吕萨克定律的比较
第十一章
气体实验定律
玻意耳定律
查理定律
盖-吕萨克定律
压强不太大(相对大气压)，温度不太低(相对室温)
这些定律的适用范围：
p1V1=p2V2
第十一章
应用
（1）高压锅内的食物易熟；
（2）打足了气的车胎在阳光下 曝晒会胀破；
（3）使凹进的乒乓球恢复原状。
第十一章
典例分析
第十一章
1．某同学用如图所示装置探究气体等温变化的规律。关于该实验的操作，下列说法正确的是（　　）
A．柱塞上涂油的目的是为了减小摩擦，便于推拉柱塞
B．柱塞与注射器之间的摩擦不影响压强的测量
C．为了方便推拉柱塞，应用手握紧注射器再推拉柱塞
D．实验中，为找到体积与压强的关系，需要测量柱塞的横截面积
B
第十一章
2、如图所示是一定质量的某种气体状态变化的p－V图象，气体由状态A变化到状态B的过程中，气体分子平均速率的变化情况是(　　)
A.一直保持不变 B.一直增大
C.先减小后增大 D.先增大后减小
D
解析：
要比较气体分子平均速率的变化情况，就是要比较气体温度变化情况。由图象可知，pAVA＝pBVB，所以A、B两状态的等，在同一等温线上。即图中A状态和B状态分子平均速率相同；
过A、B两点画一条等温线，再画一条等温线与AB直线相切，切点为C。
C
可知A到C气体温度升高，分子平均速度增大，C到B温度降低，分子平均速率减小，D项正确。
第十一章
3、用注射器做“探究气体等温变化规律”的实验中，取几组p、V值后，用p作纵坐标，1/V作横坐标，画出p－1/V图象是一条直线，把这条直线延长后未通过坐标原点，而与横轴相交，如图所示，可能的原因是(　　)
A．各组的取值范围太小
B．堵塞注射器小孔的橡胶套漏气
C．在实验中用手握住注射器而没能保持温度不变
D．压强的测量值偏小
D
第十一章
4、某个容器的容积是10L，所装气体的压强是20×105Pa。如果温度保持不变，把容器的开关打开以后，经过足够长时间，容器里剩下的气体是原来的百分之几？设大气压是1.0×105Pa.
解析：
初态? p1=20×105Pa V1=10L T1=T
剩下的气体为原来的
分析：由题意可知，打开开关后气体的压强等于外界大气压。本题解题的关键不是气体状态的确定，而是研究对象的选取。
末态? p2=1.0×105Pa V2=？L T2=T
由玻意耳定律? p1V1=p2V2得 V2=200L
就容器而言，里面气体质量变了，但可视容器中气体出而不走，以原来容器中的气体为研究对象，就可以运用气体的等温变化规律求解。气体状态变化如图所示。
法一：
第十一章
5、如图所示,一端开口、另一端封闭的玻璃管内用水银柱封闭一定质量的气体,保持温度不变,把管子以封闭端为圆心,从开口向上的竖直位置逆时针缓慢转到水平位置的过程中,可用来说明气体状态变化的p-V图像是 (　　)
C
第十一章
A
第十一章
7、(2020·安徽省淮北市第一中学高二下学期期中)在下列图中，可能反映理想气体经历了等压变化→等温变化→等容变化后，又回到原来状态的有(　　)
解析：由图可看出经历了“等压变化”→“等温变化”→“等容变化”后，又回到原来状态的是A、C。
AC
第十一章
第十一章
【例题】如图所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸开口向下竖直固定放置，活塞的截面积为S，质量为m0，活塞通过轻绳连接了一个质量为m的重物。若开始时汽缸内理想气体的温度为T0，轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用，外界大
气压强为p0，一切摩擦均不计且m0g(1)重物刚离地时汽缸内气体的压强；
(2)重物刚离地时汽缸内气体的温度。
解析：
(1)当轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用时，设此时汽缸内气体的压强为p1，
由力的平衡条件可得m0g＋p1S＝p0S 所以
当重物刚好离开地面时，设此时汽缸内气体的压强为p2，
则有p2S＋(m＋m0)g＝p0S 所以
(2)设重物刚好离开地面时汽缸内气体的温度为T1，
此过程气体发生等容变化，由查理定律可得
解得
第十一章
小试牛刀
4、如图所示，在一端开口的钢制圆筒的开口端上面放一活塞，活塞与筒壁间的摩擦及活塞的重力不计，现将其开口端向下，竖直缓慢地放入280 K的水中，在筒底与水面相平时，恰好静止在水中，这时筒内气柱长为14 cm，当水温升高到300 K时，筒底露出水面的高度为多少？(筒的厚度不计，取T＝t＋273 K)
第十一章
第十一章
9、如图所示，封闭有一定质量理想气体的汽缸开口向下竖直固定放置，活塞的截面积为S，质量为m0，活塞通过轻绳连接了一个质量为m的重物。若开始时汽缸内理想气体的温度为T0，轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用，外界大
气压强为p0，一切摩擦均不计且m0g(1)重物刚离地时汽缸内气体的压强；
(2)重物刚离地时汽缸内气体的温度。
第十一章
解析：
(1)当轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用时，设此时汽缸内气体的压强为p1，
由力的平衡条件可得m0g＋p1S＝p0S 所以
当重物刚好离开地面时，设此时汽缸内气体的压强为p2，
则有p2S＋(m＋m0)g＝p0S 所以
(2)设重物刚好离开地面时汽缸内气体的温度为T1，
此过程气体发生等容变化，由查理定律可得
解得
第十一章
10、如图所示，气缸内封闭有一定质量的理想气体，当时温度为0℃，大气压为1atm(设其值为105Pa)、气缸横截面积为500cm2，活塞重为5000N。则：
（1）气缸内气体压强为多少？
（2）如果开始时内部被封闭气体的总体积为 汽缸上部体积为 ，并且汽缸口有个卡环可以卡住活塞，使之只能在汽缸内运动，所有摩擦不计。现在使气缸内的气体加热至273℃，求气缸内气体压强又为多少？
30°
第十一章
解：
(1)由受力平衡可知：
(2)缸内气体先做等压变化，活塞将运动到卡环处就不再运动，设此时温度为T1 ，有
所以
接下来继续升温，气缸内气体将做等体积变化，设所求压强为p2，故有
代入可得
30°

展开更多......

收起↑