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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
在生产生活中，有许多现象与气体的状态及其变化有关。例如，氦气球升空时，随着高度的增加，球内氦气的压强、温度和体积都在变化。气体的压强、温度和体积三个物理量有着怎样的关系？
一、气体的状态参量
密
稀
无外界影响
状态参数会稳定
1. 平衡状态：在不受外界影响的条件下，系统的宏观性质不随时间变化的状态叫作平衡状态。
2. 状态参量
描述对象 状态参量 参量类型
描述物质系统状态的宏观物理量叫做状态参量
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，其内煤气在温度为20oC时的气压为5atm。
3.气体的体积
气体的体积是指气体分子能够到达的空间，气体具有很强的流动性，因此，气体的体积通常就等于容器的容积
4.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。
摄氏温度与热力学温度：
(2)热力学温度：用热力学温标表示的温度叫做热力学温度，它是国际单位制中七个基本物理量之一。用符号T表示 。单位：开尔文，简称开，符号为K。
(3) 摄氏温度t与热力学温度T的换算关系：T＝t+273.15（K）
(1)摄氏温度：用摄氏温标表示的温度叫做热力学温度，用符号t表示。单位：摄氏度，符号为℃。
5.气体的压强
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。
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
气体压强的形成原因
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，气体分子向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，因此气体对容器壁的压强处处相等。
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
求气体压强情境一：气缸类的封闭气体
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
讨论
如果将气缸倒置，气缸内压强？
求气体压强情境二：液柱类型的封闭气体
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
h
p
p0
h
p
p0
θ
h
p
p0
θ
开口向下，p＜p0
开口向上，p＞p0
求气体压强情境三：U形管+封闭气体
如图所示，一段水银柱把空气封闭在一端开口、粗细均匀、竖直固定的 U 形玻璃管内。已知两水银面的高度差 h = 10 cm，外界的大气压强 p0 = 75 cmHg，玻璃管内空气的压强是多少？
等压面：同种液体在同一深度向各个方向的压强相等
即：等高液面，压强相等
建议以“等高液面”为研究对象，
P左=P右
二、探究气体压强与体积的关系
实验原理：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。
实验目的：探究一定质量的气体在温度不变的条件下压强与体积的关系。
若读出的是空气柱的长度l，怎么求气体的体积？
长度l×横截面积S
④读取体积时，视线要与刻度线相平，以减小读数误差
实验注意事项:
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
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
实验数据记录:
数据分析
温度不变时压强与体积的关系
压强和体积的倒数成正比
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
图像变换
用传感器探究气体等温变化的规律
1．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
2．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
3.天气预报某地的最高气温是27℃，它是多少开尔文 进行低温物理的研究时热力学温度是2.5K，它是多少摄氏度
解：
（1）已知t=27℃带入
T = t + 273.15
T=27+273.15=300.15K
（2）已知T=2.5K带入
T = t + 273.15
2.5 = t + 273.15
t= -270.65 ℃

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