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第一章 分子動理論的基本觀點
第4節 科學探究：氣體壓強與體積的關系
1.平衡狀態
在沒有外界影響的情況下，經過足夠長的時間，系統內各部分的狀態參量能夠達到穩定狀態，該種狀態叫做平衡態。
特點：（1）是一種動態平衡，組成系統的分子仍在不停的做無規則運動，只是分子運動的平均效果不隨時間變化，表現為系統的宏觀性質不隨時間變化。
（2）是一種理想情況。
一、氣體的狀態參量
2.氣體的狀態參量（平衡狀態下）
(1)溫度
(2)體積
(3)壓強
——熱學性質
——幾何性質
——力學性質
例如：某氧氣瓶容積為100L，其內氧氣在溫度為20oC時的氣壓為5atm.
（1）氣體的體積
氣體總能充滿整個容器，因此，氣體的體積通常就等于容器的容積。
（2）氣體的溫度
溫度是描述物體冷熱程度的物理量，也是物體內分子平均動能的標志，取決于氣體分子無規則運動的劇烈程度
氣體分子無規則運動加劇，分子平均動能增大，氣體溫度升高；氣體分子無規則運動減弱，分子平均動能減小，氣體溫度降低。
①人們常采用攝氏溫標來標定溫度
標準大氣壓下冰水混合物的溫度標定為 0℃，水的沸騰溫度標定為 100℃ ，中間分為100等份，每一等份代表1℃。
用攝氏溫標表示的溫度稱為攝氏溫度，用符號 t 表示，單位是攝氏度，符號為℃
熱力學溫標是由威廉·湯姆森，第一代開爾文男爵于1848年利用熱力學第二定律的推論卡諾定理引入的。它是一個純理論上的溫標。
英國的數學物理學家、工程師
威廉·湯姆森
宇宙溫度的下限，即絕對零度，規定為熱力學溫標的零點，記為“0 K”。水的三相點（固、液、氣三相平衡共存的唯一狀態）的溫度為273.15K。
T=273.15+t (K) ΔT=Δt
②熱力學溫標
（3）氣體的壓強
氣體對器壁及氣體內部各個方向都存在壓強，這種壓強稱為氣體壓強，簡稱氣壓。
塑料小球不斷地撞擊活塞，雖然每個塑料小球對活塞撞擊的作用力是短暫的、不連續的，但頻繁撞擊就能在整體上表現為對活塞施加一個穩定的作用力而使活塞持續懸浮。
模擬氣壓的產生
容器中的氣體分子在做無規則運動時，容器壁受到分子的頻繁撞擊。每個分子撞擊容器壁產生的力是短暫的、不連續的，但大量分子的頻繁撞擊，就會使容器壁受到一個穩定的壓力，從而產生壓強。
氣體分子的運動是無規則的，
各個方向運動的概率相同，
對容器壁各處的撞擊效果也相同
即各個方向運動的分子數目也大致相同
氣體對容器壁的壓強處處相等
氣體壓強指的大量氣體分子作用在
容器壁單位面積上的平均作用力大小
液體壓強的成因是因為液體有重力和流動性
都使得氣體分子撞擊容器壁更劇烈/頻繁
氣體的壓強與氣體溫度 和 單位體積內的分子數有關，
溫度越高，單位體積內的分子數越多，氣體的壓強越大。
影響氣體壓強的微觀因素：
①氣體分子的平均動能 ②氣體分子的密集程度
宏觀因素：①溫度 ②體積
圖中所示氣缸外大氣壓強為p0, 活塞質量為m、面積為S，氣缸壁光滑。氣缸內的壓強？
由活塞受力平衡可知
如圖所示靜止的玻璃管內，長度為h、密度為ρ的液體封閉著一定質量的氣體，求封閉氣體的壓強p。
選取液柱底部橫截面為S的薄液片分析，由受力平衡可得
如果玻璃管內的液體為水銀，且氣壓單位用cmHg，水銀柱長度用cm，則玻璃管內的壓強可表示為：
一個標準大氣壓為76cmHg
或約為105pa
二、探究氣體壓強與體積的關系
【實驗思路】
采用控制變量法，如圖 所示，以玻璃管內封閉的氣體為研究對象，可由氣壓計讀出管內氣體的壓強，從玻璃管的刻度上直接讀出管內氣體的體積。在保持氣體溫度不變的情況下，改變氣體的體積，測量多組數據即可研究氣體壓強與體積之間的關系。
實驗裝置
實驗中的研究對象是什么？
一定質量的氣體 m不變 T不變
如何控制氣體的質量m、溫度T保持不變？
這段空氣柱就是研究對象，實驗過程中它的質量不會變化；實驗過程中如果空氣柱體積的變化不太快，它的溫度大致等于環境溫度，不會有明顯變化。
封閉、緩慢移動活塞
【數據分析】
p-V圖像類似于是雙曲線的一支
次數 1 2 3 4 5
壓強 （×105Pa） 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
體積(L) 1.3 1.6 2.0 2.7 4.0
溫度不變時壓強與體積的關系
1/V
1
2
3
0
0.2
0.4
0.6
0.8
數據處理
p-1/V圖像是一條過原點的直線
【實驗結論】
一定質量的某種氣體，在溫度不變的情況下，壓強p與體積V 成反比，
④讀取體積時，視線要與刻度線相平，以減小讀數誤差
【注意事項】
①氣體體積的改變要緩慢進行,保證溫度不變
②柱塞事先要涂好潤滑油，保證裝置的氣密性
③實驗過程中，不要用手接觸注射器的圓筒,保證等溫變化
1.正確的打“√”,錯誤的打“×”。
(1)密閉容器中氣體的壓強是由分子間的相互作用力而產生的。( )
(2)密閉容器中,同一氣體分子的平均速率越大,分子越密集,氣體壓強越大。( )
(3)溫度越高,氣體的壓強越大。( )
答案 (1)× (2)√ (3) ×
2.在一定溫度下,當一定量氣體的體積增大時,氣體的壓強減小,這是由于( )
A.單位體積內的分子數變少,單位時間內對單位面積器壁碰撞的次數減少
B.氣體分子的密集程度變小,分子對器壁的吸引力變小
C.每個分子對器壁的平均撞擊力都變小
D.氣體分子的密集程度變小,單位體積內分子的重量變小
A
3．某同學用如圖所示裝置探究氣體等溫變化的規律。關于該實驗的操作，下列說法正確的是（　　）
A．柱塞上涂油的目的是為了減小摩擦，便于推拉柱塞
B．柱塞與注射器之間的摩擦不影響壓強的測量
C．為了方便推拉柱塞，應用手握緊注射器再推拉柱塞
D．實驗中，為找到體積與壓強的關系，需要測量柱塞的橫截面積
B
4.(多選)下列圖中，p表示壓強，V表示體積，T為熱力學溫度，各圖中正確描述一定質量的氣體是等溫變化的是( 　　 )
ABC

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