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第一章 分子动理论的基本观点
第4节 科学探究：气体压强与体积的关系
1.平衡状态
在没有外界影响的情况下，经过足够长的时间，系统内各部分的状态参量能够达到稳定状态，该种状态叫做平衡态。
特点：（1）是一种动态平衡，组成系统的分子仍在不停的做无规则运动，只是分子运动的平均效果不随时间变化，表现为系统的宏观性质不随时间变化。
（2）是一种理想情况。
一、气体的状态参量
2.气体的状态参量（平衡状态下）
(1)温度
(2)体积
(3)压强
——热学性质
——几何性质
——力学性质
例如：某氧气瓶容积为100L，其内氧气在温度为20oC时的气压为5atm.
（1）气体的体积
气体总能充满整个容器，因此，气体的体积通常就等于容器的容积。
（2）气体的温度
温度是描述物体冷热程度的物理量，也是物体内分子平均动能的标志，取决于气体分子无规则运动的剧烈程度
气体分子无规则运动加剧，分子平均动能增大，气体温度升高；气体分子无规则运动减弱，分子平均动能减小，气体温度降低。
①人们常采用摄氏温标来标定温度
标准大气压下冰水混合物的温度标定为 0℃，水的沸腾温度标定为 100℃ ，中间分为100等份，每一等份代表1℃。
用摄氏温标表示的温度称为摄氏温度，用符号 t 表示，单位是摄氏度，符号为℃
热力学温标是由威廉·汤姆森，第一代开尔文男爵于1848年利用热力学第二定律的推论卡诺定理引入的。它是一个纯理论上的温标。
英国的数学物理学家、工程师
威廉·汤姆森
宇宙温度的下限，即绝对零度，规定为热力学温标的零点，记为“0 K”。水的三相点（固、液、气三相平衡共存的唯一状态）的温度为273.15K。
T=273.15+t (K) ΔT=Δt
②热力学温标
（3）气体的压强
气体对器壁及气体内部各个方向都存在压强，这种压强称为气体压强，简称气压。
塑料小球不断地撞击活塞，虽然每个塑料小球对活塞撞击的作用力是短暂的、不连续的，但频繁撞击就能在整体上表现为对活塞施加一个稳定的作用力而使活塞持续悬浮。
模拟气压的产生
容器中的气体分子在做无规则运动时，容器壁受到分子的频繁撞击。每个分子撞击容器壁产生的力是短暂的、不连续的，但大量分子的频繁撞击，就会使容器壁受到一个稳定的压力，从而产生压强。
气体分子的运动是无规则的，
各个方向运动的概率相同，
对容器壁各处的撞击效果也相同
即各个方向运动的分子数目也大致相同
气体对容器壁的压强处处相等
气体压强指的大量气体分子作用在
容器壁单位面积上的平均作用力大小
液体压强的成因是因为液体有重力和流动性
都使得气体分子撞击容器壁更剧烈/频繁
气体的压强与气体温度 和 单位体积内的分子数有关，
温度越高，单位体积内的分子数越多，气体的压强越大。
影响气体压强的微观因素：
①气体分子的平均动能 ②气体分子的密集程度
宏观因素：①温度 ②体积
图中所示气缸外大气压强为p0, 活塞质量为m、面积为S，气缸壁光滑。气缸内的压强？
由活塞受力平衡可知
如图所示静止的玻璃管内，长度为h、密度为ρ的液体封闭着一定质量的气体，求封闭气体的压强p。
选取液柱底部横截面为S的薄液片分析，由受力平衡可得
如果玻璃管内的液体为水银，且气压单位用cmHg，水银柱长度用cm，则玻璃管内的压强可表示为：
一个标准大气压为76cmHg
或约为105pa
二、探究气体压强与体积的关系
【实验思路】
采用控制变量法，如图 所示，以玻璃管内封闭的气体为研究对象，可由气压计读出管内气体的压强，从玻璃管的刻度上直接读出管内气体的体积。在保持气体温度不变的情况下，改变气体的体积，测量多组数据即可研究气体压强与体积之间的关系。
实验装置
实验中的研究对象是什么？
一定质量的气体 m不变 T不变
如何控制气体的质量m、温度T保持不变？
这段空气柱就是研究对象，实验过程中它的质量不会变化；实验过程中如果空气柱体积的变化不太快，它的温度大致等于环境温度，不会有明显变化。
封闭、缓慢移动活塞
【数据分析】
p-V图像类似于是双曲线的一支
次数 1 2 3 4 5
压强 （×105Pa） 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
体积(L) 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0
温度不变时压强与体积的关系
1/V
1
2
3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
数据处理
p-1/V图像是一条过原点的直线
【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，
④读取体积时，视线要与刻度线相平，以减小读数误差
【注意事项】
①气体体积的改变要缓慢进行,保证温度不变
②柱塞事先要涂好润滑油，保证装置的气密性
③实验过程中，不要用手接触注射器的圆筒,保证等温变化
1.正确的打“√”,错误的打“×”。
(1)密闭容器中气体的压强是由分子间的相互作用力而产生的。( )
(2)密闭容器中,同一气体分子的平均速率越大,分子越密集,气体压强越大。( )
(3)温度越高,气体的压强越大。( )
答案 (1)× (2)√ (3) ×
2.在一定温度下,当一定量气体的体积增大时,气体的压强减小,这是由于( )
A.单位体积内的分子数变少,单位时间内对单位面积器壁碰撞的次数减少
B.气体分子的密集程度变小,分子对器壁的吸引力变小
C.每个分子对器壁的平均撞击力都变小
D.气体分子的密集程度变小,单位体积内分子的重量变小
A
3．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
4.(多选)下列图中，p表示压强，V表示体积，T为热力学温度，各图中正确描述一定质量的气体是等温变化的是( 　　 )
ABC

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