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第一章 分子動(dòng)理論的基本觀點(diǎn)
第4節(jié) 科學(xué)探究：氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系
在生產(chǎn)生活中，有許多現(xiàn)象與氣體的狀態(tài)及其變化有關(guān)。例如，氦氣球升空時(shí)，隨著高度的增加，球內(nèi)氦氣的壓強(qiáng)、溫度和體積都在變化。氣體的壓強(qiáng)、溫度和體積三個(gè)物理量有著怎樣的關(guān)系？
一、氣體的狀態(tài)參量
密
稀
無外界影響
狀態(tài)參數(shù)會(huì)穩(wěn)定
1. 平衡狀態(tài)：在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài)。
2. 狀態(tài)參量
描述對(duì)象 狀態(tài)參量 參量類型
描述物質(zhì)系統(tǒng)狀態(tài)的宏觀物理量叫做狀態(tài)參量
質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)
位置和速度v
運(yùn)動(dòng)學(xué)參量
系統(tǒng)的空間范圍
體積V
系統(tǒng)間或內(nèi)部力的作用
壓強(qiáng)P
幾何參量
力學(xué)參量
熱學(xué)參量
確定系統(tǒng)冷熱程度
溫度T
例如：某鋼瓶容積為100L，其內(nèi)煤氣在溫度為20oC時(shí)的氣壓為5atm。
3.氣體的體積
氣體的體積是指氣體分子能夠到達(dá)的空間，氣體具有很強(qiáng)的流動(dòng)性，因此，氣體的體積通常就等于容器的容積
4.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(nèi)分子平均動(dòng)能的標(biāo)志，取決于氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的劇烈程度
氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)加劇，分子平均動(dòng)能增大，氣體溫度升高；氣體分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)減弱，分子平均動(dòng)能減小，氣體溫度降低。
攝氏溫度與熱力學(xué)溫度：
(2)熱力學(xué)溫度：用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)溫度，它是國(guó)際單位制中七個(gè)基本物理量之一。用符號(hào)T表示 。單位：開爾文，簡(jiǎn)稱開，符號(hào)為K。
(3) 攝氏溫度t與熱力學(xué)溫度T的換算關(guān)系：T＝t+273.15（K）
(1)攝氏溫度：用攝氏溫標(biāo)表示的溫度叫做熱力學(xué)溫度，用符號(hào)t表示。單位：攝氏度，符號(hào)為℃。
5.氣體的壓強(qiáng)
塑料小球不斷地撞擊活塞，雖然每個(gè)塑料小球?qū)钊矒舻淖饔昧κ嵌虝旱摹⒉贿B續(xù)的，但頻繁撞擊就能在整體上表現(xiàn)為對(duì)活塞施加一個(gè)穩(wěn)定的作用力而使活塞持續(xù)懸浮。
容器中的氣體分子在做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)時(shí)，容器壁受到分子 的頻繁撞擊
氣體壓強(qiáng)的形成原因
每個(gè)分子撞擊容器壁產(chǎn)生的力是短暫的、不連續(xù)的，但大量分子的頻繁撞擊，就會(huì)使容器壁受到一個(gè)穩(wěn)定的壓力，從而產(chǎn)生壓強(qiáng)。
氣體分子的運(yùn)動(dòng)是無規(guī)則的，氣體分子向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的概率相同，對(duì)容器壁各處的撞擊效果也相同，因此氣體對(duì)容器壁的壓強(qiáng)處處相等。
都使得氣體分子撞擊容器壁更劇烈/頻繁
氣體的壓強(qiáng)與氣體溫度 和 單位體積內(nèi)的分子數(shù)有關(guān)，
溫度越高，單位體積內(nèi)的分子數(shù)越多，氣體的壓強(qiáng)越大。
影響氣體壓強(qiáng)的微觀因素：
①氣體分子的平均動(dòng)能 ②氣體分子的密集程度
宏觀因素：①溫度 ②體積
求氣體壓強(qiáng)情境一：氣缸類的封閉氣體
圖中所示氣缸外大氣壓強(qiáng)為p0, 活塞質(zhì)量為m、面積為S，氣缸壁光滑。氣缸內(nèi)的壓強(qiáng)？
由活塞受力平衡可知
討論
如果將氣缸倒置，氣缸內(nèi)壓強(qiáng)？
求氣體壓強(qiáng)情境二：液柱類型的封閉氣體
如圖所示靜止的玻璃管內(nèi)，長(zhǎng)度為h、密度為ρ的液體封閉著一定質(zhì)量的氣體，求封閉氣體的壓強(qiáng)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(nèi)的液體為水銀，且氣壓?jiǎn)挝挥胏mHg，水銀柱長(zhǎng)度用cm，則玻璃管內(nèi)的壓強(qiáng)可表示為：
一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓為76cmHg
或約為105pa
h
p
p0
h
p
p0
θ
h
p
p0
θ
開口向下，p＜p0
開口向上，p＞p0
求氣體壓強(qiáng)情境三：U形管+封閉氣體
如圖所示，一段水銀柱把空氣封閉在一端開口、粗細(xì)均勻、豎直固定的 U 形玻璃管內(nèi)。已知兩水銀面的高度差 h = 10 cm，外界的大氣壓強(qiáng) p0 = 75 cmHg，玻璃管內(nèi)空氣的壓強(qiáng)是多少？
等壓面：同種液體在同一深度向各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等
即：等高液面，壓強(qiáng)相等
建議以“等高液面”為研究對(duì)象，
P左=P右
二、探究氣體壓強(qiáng)與體積的關(guān)系
實(shí)驗(yàn)原理：以玻璃管內(nèi)封閉的氣體為研究對(duì)象，可由氣壓計(jì)讀出管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，從玻璃管的刻度上直接讀出管內(nèi)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(cè)量多組數(shù)據(jù)即可研究氣體壓強(qiáng)與體積之間的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄恳欢ㄙ|(zhì)量的氣體在溫度不變的條件下壓強(qiáng)與體積的關(guān)系。
若讀出的是空氣柱的長(zhǎng)度l，怎么求氣體的體積？
長(zhǎng)度l×橫截面積S
④讀取體積時(shí)，視線要與刻度線相平，以減小讀數(shù)誤差
實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng):
①氣體體積的改變要緩慢進(jìn)行,保證溫度不變
②柱塞事先要涂好潤(rùn)滑油，保證裝置的氣密性
③實(shí)驗(yàn)過程中，不要用手接觸注射器的圓筒,保證等溫變化
讀數(shù)次數(shù) 5 4 3 初始 2 6
壓強(qiáng)（×105Pa）
體積(單位體積)
2.00
1.00
2.25
0.85
1.52
1.29
1.25
1.65
1.00
2.00
2.50
0.80
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄:
數(shù)據(jù)分析
溫度不變時(shí)壓強(qiáng)與體積的關(guān)系
壓強(qiáng)和體積的倒數(shù)成正比
實(shí)驗(yàn)結(jié)論：
一定質(zhì)量的某種氣體在溫度不變的情況下，壓強(qiáng) P 與體積 V 成反比
圖像變換
用傳感器探究氣體等溫變化的規(guī)律
1．用注射器做“探究氣體等溫變化規(guī)律”的實(shí)驗(yàn)中，取幾組p、V值后，用p作縱坐標(biāo)，1/V作橫坐標(biāo)，畫出p－1/V圖象是一條直線，把這條直線延長(zhǎng)后未通過坐標(biāo)原點(diǎn)，而與橫軸相交，如圖所示，可能的原因是(　　)
A．各組的取值范圍太小
B．堵塞注射器小孔的橡膠套漏氣
C．在實(shí)驗(yàn)中用手握住注射器而沒能保持溫度不變
D．壓強(qiáng)的測(cè)量值偏小
D
2．某同學(xué)用如圖所示裝置探究氣體等溫變化的規(guī)律。關(guān)于該實(shí)驗(yàn)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(qiáng)的測(cè)量
C．為了方便推拉柱塞，應(yīng)用手握緊注射器再推拉柱塞
D．實(shí)驗(yàn)中，為找到體積與壓強(qiáng)的關(guān)系，需要測(cè)量柱塞的橫截面積
B
3.天氣預(yù)報(bào)某地的最高氣溫是27℃，它是多少開爾文 進(jìn)行低溫物理的研究時(shí)熱力學(xué)溫度是2.5K，它是多少攝氏度
解：
（1）已知t=27℃帶入
T = t + 273.15
T=27+273.15=300.15K
（2）已知T=2.5K帶入
T = t + 273.15
2.5 = t + 273.15
t= -270.65 ℃

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