第11.1節(jié) 氣體的狀態(tài)（解析版）

氣體、液體、固體11.1氣體的狀態(tài)??目標(biāo)導(dǎo)航學(xué)問要點(diǎn)難易度1.氣體的宏觀狀態(tài)參量：體積、溫度、壓強(qiáng)2.熱力學(xué)溫標(biāo)：T=t＋273K3.小液片分析法、平衡力分析法★★★

★★★??學(xué)問精講一、氣體宏觀狀態(tài)的描述1.氣體的宏觀狀態(tài)用體積（V）、溫度（T）、壓強(qiáng)（p）來描述。例如：某鋼瓶容積為100L，其內(nèi)煤氣溫度為20℃時的氣壓為5atm。2.熱平衡將兩個溫度不同的系統(tǒng)相互接觸，這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)都會變化，熱的變冷，冷的變熱。經(jīng)過一段時間后，這兩個系統(tǒng)的狀態(tài)不再變化，達(dá)到平衡，不再進(jìn)行熱傳遞，這種平衡叫做熱平衡。處于熱平衡狀態(tài)的兩個系統(tǒng)具有相同的溫度，即兩個系統(tǒng)不再變化的狀態(tài)參量是溫度T。3.溫標(biāo)和溫度為了定量地描述溫度，就必需建立溫標(biāo)。常用的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)等。溫度是描述物體冷熱程度的宏觀物理量，對應(yīng)于微觀的分子平均動能。4.熱力學(xué)溫標(biāo)熱力學(xué)溫度：用熱力學(xué)溫標(biāo)表示的溫度，用符號T表示。單位是開爾文(K)，簡稱開，它是國際單位制中七個基本量之一。熱力學(xué)溫度和攝氏溫度的關(guān)系：T=t＋273K?T=?t確定零度也叫低溫極限，即T=0K，不行能達(dá)到0K，對應(yīng)于微觀的分子平均動能是0。5.氣體壓強(qiáng)定義：P=FS國際單位是帕斯卡(Pa)氣體壓強(qiáng)通常用厘米汞柱（cmHg）、標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（atm）表示，1atm=76chHg=1.013×105Pa。試驗(yàn)?zāi)M：如下圖所示，把臺秤的托盤翻過來放置，將若干小鋼珠(或黃豆)連續(xù)倒向托盤。小鋼珠與托盤撞擊后全部都被反彈開，但由于很多小鋼珠不斷地撞擊托盤，托盤就受到一個持續(xù)的壓力，臺秤就會指示這一壓力。（雨滴落到傘面，對傘面產(chǎn)生肯定壓力是相同現(xiàn)象）氣體的壓強(qiáng)的產(chǎn)生：氣體分子頻繁地碰撞容器壁，形成對各處各方向均勻的持續(xù)的壓力而產(chǎn)生的。影響氣體壓強(qiáng)的因素：(1)微觀：分子的質(zhì)量、分子運(yùn)動的速度和單位時間內(nèi)撞擊單位面積器壁的分子數(shù)等有關(guān)；(2)宏觀：溫度、體積有關(guān)。氣體的壓強(qiáng)的特點(diǎn)：同一容器中的氣體的壓強(qiáng)向各個方向的大小都相等，不隨深度變化而變化。??考點(diǎn)題型考點(diǎn)01：計(jì)算密封氣體的壓強(qiáng)解題方法(1)：小液片分析法。在液柱中界面和相等高度的合適地方，假設(shè)存在一個小液片，分析小液片受力狀況求解。解題方法(2)：小液片分析法。依據(jù)平衡力或建立牛頓其次定律建立方程分析求解,通常選擇活塞等為爭辯對象。例1.外界大氣壓為P0，計(jì)算下列狀況下密封氣體的壓強(qiáng)。(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)答案：(1)P0(2)P0+ρgh(3)P0-ρgh(4)P0+ρghsinθ(5)P0-ρghsinθ(6)P0-ρgh(7)P0+ρgh(8)P0+ρgh(9)P0-ρgh(10)P0+ρgh(11)P0+MgS(12)P0-FS(13)P0-MgS(14)P0-MgS氣缸重力Mg(15)P0+MgS活塞重力Mg，解析：取小液片、活塞為對象進(jìn)行受力分析。例2.如圖所示，一個橫截面積為S的內(nèi)壁光滑圓筒形容器豎直固定放置，容器中靜止的金屬圓板A的上表面水平，下表面傾斜，下表面與水平面的夾角為。已知圓板質(zhì)量為M，大氣壓強(qiáng)為，則容器內(nèi)氣體壓強(qiáng)等于（）A. B.C. D.答案：A解析：以活塞為爭辯對象分析受力：重力Mg、外界大氣壓力p0S，氣缸壁的壓力N和氣缸內(nèi)氣體的壓力F；

其中，依據(jù)平衡條件得p0S+Mg=Fcosα，聯(lián)立得故選A。??鞏固練習(xí)1.下列單位，屬于國際單位制中基本單位的是（ ）（A）牛頓 （B）開爾文（C）焦耳 （D）特斯拉答案：B2.某日氣溫最低為﹣2℃、最高為7℃，用熱力學(xué)溫標(biāo)表示該日的最大溫差是（ ）（A）5K （B）278K （C）9K （D）282K答案：C解析：?T=?t3.在國際單位制中，壓強(qiáng)的單位為帕（Pa），用基本單位表示1Pa等于（ ）（A）1cmHg（B）1atm（C）1kgms2（D）答案：C解析：由公式推導(dǎo)導(dǎo)出單位：p=FS=maS，所以C正確。4.如圖，由于下落的很多小鋼珠不斷地撞擊托盤，托盤就受到一個持續(xù)的壓力，這個現(xiàn)象可以類比說明（）（A）氣體溫度的實(shí)質(zhì) （B）氣體體積的可變性（C）氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的緣由 （D）氣體密度的可變性答案：C解析：小鋼珠不斷地撞擊托盤模擬分子撞擊容器壁，產(chǎn)生壓強(qiáng)。5.用豆粒模擬氣體分子,可以模擬氣體壓強(qiáng)產(chǎn)生的機(jī)理。如圖所示,從距秤盤80cm高度把1000粒的豆粒連續(xù)均勻地倒在秤盤上,持續(xù)作用時間為1s,豆粒彈起時豎直方向的速度變?yōu)榕銮暗囊话?。若每個豆粒只與秤盤碰撞一次,且碰撞時間極短(在豆粒與秤盤碰撞極短時間內(nèi),碰撞力遠(yuǎn)大于豆粒受到的重力),已知1000粒的豆粒的總質(zhì)量為100g,則在碰撞過程中秤盤受到的壓力大小約為()A.0.2NB.0.6NC.1.0ND.1.6N答案：B解析：由題意知v1==4m/s，v2=-2m/s，依據(jù)動量定理F·Δt=Δp，得F=△P/△t=-0.6N，依據(jù)牛頓第三定律，秤盤受到的壓力大小為0.6N，故B正確。6.如圖所示，一端封閉的玻璃管中有一些空氣和一段水銀柱，將它倒立在水銀槽中，上端與彈簧秤相連，則彈簧秤的示數(shù)為（）A.玻璃管的重力和彈簧秤的重力之和B.玻璃管的重力和露出液面的那段水銀柱的重力之和C.大氣向上的壓力減去玻璃管的重力D.玻璃管、彈簧秤和露出液面的那段水銀柱三者重力之和答案：B解析：F+PS=G管+P0SP=P0-ρgh，所以F=G管+ρghS，即玻璃管的重力和露出液面的那段水銀柱的重力之和。7.（多選）如圖所示，一玻璃管放在光滑的斜面上，管內(nèi)氣體被液柱封閉，則以下說法正確的是()A．當(dāng)管自由下滑時，管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)等于大氣壓強(qiáng)B．當(dāng)管以肯定的初速度上滑時，管內(nèi)氣體壓強(qiáng)大于大氣壓強(qiáng)C．當(dāng)管以肯定的初速度上滑時，管內(nèi)氣體壓強(qiáng)小于小氣壓強(qiáng)D．給管施加外力，使其勻速滑動，管內(nèi)氣體壓強(qiáng)大于大氣壓強(qiáng)答案：AD解析：自由向上，向下滑行均處于完全失重狀態(tài)。物體在斜面上無摩擦自由下滑，a=gsinα，屬于類自由落體。假設(shè)有彈簧秤拉著物體一起下滑，彈簧秤示數(shù)=0，所以可以理解為完全失重。假如斜面有摩擦，只是a=gsinα+μgcosα，還是類自由落體，完全失重。8．如圖，在固定的汽缸A和B中分別用活塞封閉肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體，活塞面積之比為SA：SB＝1：2。兩活塞以穿過B的底部的剛性細(xì)桿相連，可沿水平方向無摩擦滑動。兩個汽缸都不漏氣。某狀態(tài)下系統(tǒng)平衡時，A中氣體壓強(qiáng)為pA＝1.5p0，p0是汽缸外的大氣壓強(qiáng)，則此時B中氣體壓強(qiáng)為（）A．0.75p0B．0.25p0C．0.5p0D．p0答案：A解析：對A中氣體，有，對B中氣體，有聯(lián)立，可得：，故選A。9.如圖所示，光滑水平面上放有一質(zhì)量為M的汽缸，汽缸內(nèi)放有一質(zhì)量為m的可在汽缸內(nèi)無摩擦滑動的活塞，活塞面積為S?，F(xiàn)用水平恒力F向右推汽缸，最終汽缸和活塞達(dá)到相對靜止?fàn)顟B(tài)，求此時缸內(nèi)封閉氣體的壓強(qiáng)p。(已知外界大氣壓為p0)答案：解析：先用整體法應(yīng)用牛頓其次定律得到加速度a，再用隔離法分析活塞兩邊受力。F=(M+m)a(P-P0)S=ma聯(lián)合求解P=10．若已知大氣壓強(qiáng)為p0，圖中各裝置均處于靜止?fàn)顟B(tài)，液體密度均為ρ，重力加速度為g，下列說法正確的是（）A．甲圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是p0+ρghB．乙圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是p0+ρghC．丙圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是p0－ρghD．丁圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是p0＋ρgh1答案：D解析：A．甲圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是p0-ρgh，A錯誤；B．乙圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是p0-ρgh，B錯誤；C．丙圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是，C錯誤；D．丁圖中密閉氣體的壓強(qiáng)大小是p0＋ρgh1，D正確。11．如圖為一注水的玻璃裝置，玻璃管D、E上端與大氣相通，利用玻璃管C使A、B兩球上部相通，D、C、E三管與兩球接口處緊密封接。當(dāng)A、B、D的水面高度差如圖所示時，E管內(nèi)水相對B中水面的高度差h應(yīng)等于（）A．0.6m B．0.8mC．1.2mD．1.5m答案：D解析：利用玻璃管C使A、B兩球上部相通，可得依據(jù)壓強(qiáng)關(guān)系，，聯(lián)立可得，故選D。12．如圖所示，肯定質(zhì)量的抱負(fù)氣體被質(zhì)量為m的活塞封閉在豎直放置的導(dǎo)熱氣缸內(nèi)（活塞與氣缸間的摩擦不計(jì)），下列操作可使抱負(fù)氣體壓強(qiáng)變大的是（）A．緩慢上升環(huán)境溫度 B．將整體倒置，氣缸開口向下C．用力推氣缸，讓整體向上加速運(yùn)動 D．氣缸自由下落答案：C解析：A．缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為，則緩慢上升環(huán)境溫度，缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)不變，A錯誤；B．將整體倒置，氣缸開口向下，則缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)變?yōu)?，即壓?qiáng)減小，B錯誤；C．用力推氣缸向上加速運(yùn)動，則對活塞，解得，壓強(qiáng)變大，C正確；D．氣缸自由下落，則活塞完全失重，則缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)變?yōu)閜0減小了，D錯誤。13.熱力學(xué)溫標(biāo)是英國物理學(xué)家建立的。在熱力學(xué)溫度中，確定零度是指_______℃，預(yù)防新冠肺炎體溫檢測臨界溫度是37.3℃，用熱力學(xué)溫度表示則為__________K。答案：開爾文-273.15310.3解析：T=t+273.1514.如右圖所示，A、B、C三只相同的試管，用細(xì)繩拴住封閉端懸掛在天花板上，開口端插入水銀槽中，試管內(nèi)都封有氣體，三管靜止時，三根細(xì)繩的張力分別為FA、FB、FC，A管內(nèi)水銀面與管外相平，B管內(nèi)水銀面比管外低，C管內(nèi)水銀面比管外高，則三管中氣體壓強(qiáng)最小的是_____管，F(xiàn)A、FB、FC的大小關(guān)系是________。答案：CFC>FA>FB解析：容器底部受力分析F壓+F拉=G15.左端封閉右端開口粗細(xì)均勻的倒置U形管，用水銀封住兩部分氣體，靜止時如圖所示，若讓管保持豎直狀態(tài)做自由落體運(yùn)動，則氣體柱Ⅰ長度將_______，氣體柱Ⅱ長度將______。（選填：“增大”、“減小”或“不變”）答案：減小不變解析：氣體柱I壓強(qiáng)P1=P0-ρgh，小于大氣壓，失重狀態(tài)液柱不產(chǎn)生壓強(qiáng)，氣體壓強(qiáng)等于大氣壓，壓強(qiáng)變大，體積減小。氣體柱II的壓強(qiáng)P2=P1+ρgh=P0，失重后壓強(qiáng)不變，