2010年高中物理自主学习同步讲解与训练 气体的状态参量

气体的状态参量

二. 知识要点：

（一）气体的状态参量 1. 气体的温度

（1）温度是表示物体冷热程度的物理量，是分子热运动平均动能的标志。 （2）温标、热力学温标。 温度的数值表示法叫温标。

热力学温标是英国科学家开尔文创立的。单位为开（K），把作为零度，又叫绝对零度，每一度的大小与1℃大小相等，热力学温度（又称绝对温度）T与摄氏温度间的关系：。 2. 气体的体积

（1）气体的体积指气体分子所能达到的空间。在容器内的气体，体积为容器容积。 （2）单位：米3（m3）、升（L）、毫升（mL）。 3. 气体的压强

（1）是由于大量气体分子对器壁频繁地碰撞而产生的。 （2）决定因素：单位体积中的分子数：分子的平均动能。 （3）单位

国际单位为帕斯卡，符号为。 其它常用单位：标准大气压（），厘米汞柱（cmHg）。 换算：

（

三. 热学知识点精析： （一）分子动理论要点

1. 用阿伏伽德罗常数估算有关物理量

阿伏伽德罗常数

是宏观物理量（物质的体积V、物质的质量

、分子质量

、物质的密度

，

）

摩尔体积、摩尔质量M）和微观物理量（分子体积联系的桥梁。

（1）分子的质量

（2）固体、液体分子的体积

、分子数）之间

（3）分子数

[例1] 已知水的密度为

，摩尔质量是0.018kg/mol，水分子的直径约为

，试由此推算阿伏伽德罗常数的数值（结果保留两位有效数字）。 解析：水的摩尔体积为：一个水分子的体积为：阿伏伽德罗常数为 2. 布朗运动

，则：

在显微镜下看到悬浮在液体中的花粉颗粒永不停息的无规则运动，颗粒越小，运动越明显；温度越高，运动越剧烈，布朗运动是固体小颗粒的运动，不是液体分子的运动，是液体分子无规则运动的反映。

[例2] 下列有关布朗运动的说法，正确的是（ ）

A. 液体的温度越高，布朗运动越明显 B. 液体的温度越低，布朗运动越明显 C. 悬浮的颗粒越大，布朗运动越明显 D. 悬浮的颗粒越小，布朗运动越明显

解析：布朗运动是微小颗粒因为受到液体或气体分子的无规则不平衡冲撞而被动的无规则运动，通过它可以显示出液体或气体分子的无规则运动的本质。根据分子动理论，温度越高，分子的无规则运动越剧烈，由此引起的微小颗粒的运动也越明显；在此过程中，如果颗粒越小，体积越小，则在某一瞬间与它碰撞的分子数也比较少，小颗粒受到各个方向的冲量就显得越不平衡，因此布朗运动就越明显。由此可知，正确选项应为A、D。 3. 分子间的相互作用力

（1）分子间同时存在着引力和斥力，引力和斥力都随分子间距离的增大而减小，且斥力比引力减小得快。

（2）分子力是分子间引力和斥力的合力，其变化规律为：

① 当分子之间距离为② 当分子之间距离大于的增大先增大后减小

时，分子引力等于分子斥力，故分子力表现为零 时，分子引力大于分子斥力，分子力表现为引力；且

随

③ 当分子之间距离小于时，分子引力小于分子斥力，其分子力表现为斥力。且随

的减小而增大。

（3）分子力做正功、分子势能减小；分子力做负功，分子势能增大。

[例3] 如图1所示，甲分子固定在坐标原点O，乙分子位于轴上，甲分子对乙分子的作用力与两分子间距的关系如图所示，为斥力，为引力，、、、的四个特定位置。现把乙分子从点由静止释放，则（ ）

A. 乙分子从到做加速运动，由到做减速运动 B. 乙分子由到做加速运动，到达时速度最大

C. 乙分子由到的过程中，两分子间的势能一直减小 D. 乙分子由到的过程中，两分子间的势能一直增加

为轴上

图1

解析：乙分子从到的过程，分子之间均表现为引力，显然乙分子始终做加速运动，且到达点时速度最大，故A错B对；乙分子从到的过程中，引力一直做正功，分子势能一直减小，故C正确；乙分子从到的过程中，引力做正功，分子势能仍在减小，从到的过程中，斥力做负功，分子势能增加，根据这两点分析，故D错。综上所述，本题正确的选项为B、C。

（二）物体的内能要点

1. 热力学第一定律的有关计算

应用热力学第一定律解题时，要特别注意符号法则的应用；若外界对物体做功，W取正值；若物体对外界做功，W取负值，若物体吸热，Q取正值；若放热，Q取负植。若，说明内能增大，若，说明内能减小。

应用时，要注意特别分清是外界对物体做功，还是物体对外界做功；物体是吸热，还是放热；最后，由的正负确定内能是增大还是减小。

[例4] 一定量的气体吸收热量，体积膨胀并对外做功，则此过程的末态和初态相比（ ）

A. 气体内能一定增大 B. 气体内能一定减小

C. 气体内能一定不变 D. 气体内能是增是减不能确定

解析：做功和热传递是改变物体内能的两种方式，物体的内能是否改变，不仅要看做功情况，还要考虑吸热情况，根据符号法则气体吸热Q取正值，气体膨胀对外做功W取负值，Q和W的数值大小不确定，由知，的符号也无法确定，气体内能可能增大也可能减小，也可能不变，故选项D正确。 2. 能的转化和守恒

能的转化和守恒是自然界的四大守恒定律之一，应用时注意该定律与其他规律结合的综合应用问题。

[例5] 如图2所示，两端足够长的敞口容器中，有两个可以自由移动的光滑活塞A和B，中间密封一定质量的空气，现有一块粘泥C以的动能沿水平方向飞撞到A并粘在一起，由于活塞的压缩，使密封气体的内能增加，设A、B、C质量相等，则密封空气的绝热状态的变化过程中，内能增加的最大值是多少？

图2

解析：本题分两个物理过程：C与A碰撞的过程，AC压缩气体且通过气体与B相互作用的过程。

A与C碰撞，动量守恒，故可得：

①

A、C压缩气体且通过气体与B相互作用的过程，由动量守恒和能的转化和守恒得：

②

③

解以上三式可得： 3. 热力学第二定律的有关问题

[例6] 根据热力学定律，下列判断正确的是（ ）

A. 我们可以利用高科技手段，将流散到周围环境中的内能重新收集起来加以利用 B. 制造出一种热机，利用浅层海水和深层海水间的温差，将海水的一部分内能转化为机械能，这在原理上是可行的

C. 制冷系统能将冰箱内的热量传给外界较高温度的空气而不引起任何变化 D. 满足能量守恒定律的客观过程都可以自发地进行 答案：正确选项为B。

（三）气体的性质要点 1. 温度的意义

从宏观上讲，温度是表示物体的冷热程度的物理量。从微观上讲，温度是物体分子平均动能的标志，温度越高，物体内部分子热运动越剧烈。

[例7] 一房间内，上午10时的温度为15℃，下午2时的温度为25℃，假设大气压无变化，则下午2时与上午10时相比较，房间内的（ ）

A. 空气密度增大

B. 空气分子的平均动能增大 C. 空气分子的速率都增大 D. 空气质量增大

解析：本题主要考查温度的微观意义、压强的微观意义以及气体状态参量之间的关系。 在温度由15℃变为25℃时，分子的平均动能增大，分子热运动的平均速率增大，但对每一个分子来说，其速率不一定增大。气体的压强决定于两个因素，一是气体分子数密度，二是气体分子运动的剧烈程度，温度升高，气体分子热运动平均速率增大，要使压强不变，分子数密度必减小，给定体积内的气体质量也一定减小。

由以上分析知，正确选项应为B。 2. 压强的意义及有关的计算问题

容器中的大量气体分子对器壁频繁碰撞，就对器壁产生了一个持续的均匀的压力，而器壁单位面积上受到的压力就是气体的压强。气体的压强决定于两个因素，一是气体分子数密度，二是气体分子运动的剧烈程度。当气体的分子数密度增大时，单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数增多，可使压强增大，当分子热运动加剧时，一方面可使气体分子单位时间内对器壁单位面积的碰撞次数增多，另一方面，可使气体分子每次与器壁碰撞时的冲量增大，这两个方面都将使气体的压强增大。

[例8] 对一定质量的理想气体，下列说法正确的是（ ）

A. 体积不变，压强增大时，气体分子的平均动能一定增大 B. 温度不变，压强减小时，气体的密度一定减小 C. 压强不变，温度降低时，气体的密度一定减小 D. 温度升高，压强和体积都可能不变

解析：本题考查温度的意义、压强的意义以及三个状态参量之间的关系。

对于一定质量的气体，体积不变，气体分子数密度不变，若压强增大，必是温度升高，而温度升高，气体分子的平均动能将增大。A对。

对于一定质量的气体，温度不变，气体分子热运动的剧烈程度不变，压强减小时，必是分子数密度减小，所以B对。

对于一定质量的气体，要使压强不变，温度降低，分子热运动剧烈程度降低，分子数密度必增大，C错。

同理，D错。

本题正确选项为A、B 3. 气体状态参量之间的关系

气体状态参量之间存在着密切关系，正确分清它们之间的关系，是解答这类问题的关键。

[例9] 某一恒温水池（温度远低于100℃）底部有一气泡从池底缓慢上升，气泡内气体可视为理想气体，在气泡上升的过程中，气体质量不变，则下列判断正确的是（ ）

A. 气泡内气体分子平均动能增大 B. 气泡内气体的内能增大

C. 气泡内气体分子平均距离增大 D. 气泡内气体向外放热

解析：解答本题首先要弄清气泡在恒温水池中缓慢上升以及该过程中各状态参量的变化“缓慢”意味着气泡内气体在每个状态下均与外界都达到了热平衡和力平衡。因此，上升过程中，气泡内气体的温度保持不变，而压强逐渐减小。

温度是分子平均动能的标志，温度不变，分子热运动的平均动能亦不变，由于压强减小，气泡内气体体积必然膨胀，即单位体积内的分子数减少，气体分子间的平均距离增大。

物体内能是物体中所有分子做热运动的动能和分子势能的总和。对一定质量的理想气体而言，由于忽略了分子间的相互作用力，其内能即是分子总动能，由温度唯一决定，所以气泡内气体的内能应保持不变。

气泡上升过程中，体积膨胀，外界对气体做负功，根据热力学第一定律

，

，，则，即气体必从外界（恒温水池）吸热。 综合以上分析可知，正确选项为C。

点拨：本题综合考查对热运动基本概念的理解，宏观量与微观量之间的对应关系，以及热力学第一定律。解答时特别注意对“缓慢”的理解。

【模拟试题】（答题时间：40分钟） 1. 气体对器壁有压强的原因是（ ）

A. 单个分子对器壁碰撞产生压力 B. 几个分子对器壁碰撞产生压力 C. 大量分子对器壁碰撞产生压力 D. 以上说法都不对 2. 气体体积减小时压强增大，是指（ ）

A. 一定体积的气体 B. 一定质量的气体

C. 一定压强的气体 D. 一定质量温度不变的气体 3. 一定质量的气体，如果保持气体的体积不变则（ ） A. 气体的温度降低，压强一定变小 B. 气体的温度升高，压强可能变小 C. 气体的温度降低，压强一定变大

D. 气体的温度变化时，压强可能不变

4. 一定质量的气体，如果保持气体的体积不变，气体的温度升高，那么下列说法中错误的是（ ）

A. 气体的压强增大

B. 单位时间内气体分子对器壁碰撞的次数增多 C. 气体分子对器壁碰撞的平均作用力增大 D. 气体分子的密度变大

5. 把注射器的活塞压向玻璃管内，会有空气从注射器的小孔流向外界，这是由于（ ） A. 注射器内的气体压强比外界气体压强小 B. 注射器内的气体压强比外界气体压强大

C. 注射器内外的气体压强一样大，是活塞把气体推出来的 D. 以上说法都不对

6. 关于气体分子对器壁的碰撞，下列说法中正确的是（ ） A. 器壁受到气体分子碰撞的作用力是不连续的 B. 器壁受到气体分子碰撞的作用力是连续的 C. 器壁有时会不受到气体分子的作用力

D. 器壁受到气体分子碰撞的作用力有时大有时小

7. 一定质量的气体，如果保持气体的压强不变，气体的温度升高，那么下列说法中错误的是（ ）

A. 气体分子的平均动能增大

B. 单位面积受到气体分子碰撞的平均作用力变大 C. 气体分子对器壁的平均作用力变大 D. 气体分子的密度减小

8. 堵住注射器前端的小孔，把注射器的活塞拉向玻璃管外，玻璃管内的气体压强会减小，这是由于（ ）

A. 分子的平均动能变小 B. 分子对器壁的平均作用力变小 C. 分子的密度变小 D. 分子的密度变大

9. 将一只瓶的盖子拧紧，使其不漏气，那么当温度降低时，瓶内气体（ ） A. 分子的平均动能不变，压强不变 B. 分子的疏密程度不变，压强不变

C. 分子对器壁的作用力变大，、压强变大 D. 分子对器壁的作用力变小，压强变小

10. 如图所示，在玻璃罩内放入一个充气较多的气球，下列关于玻璃罩内气球的说法中，正确的是（ ）

A. 通过胶管抽玻璃罩内的空气，气球的体积减小 B. 通过胶管抽玻璃罩内的空气，气球的体积增大 C. 通过胶管向玻璃罩内充气，气球的体积增大 D. 通过胶管向玻璃罩内充气，气球的体积不变

11. 一定质量的理想气体，在保持压强不变的条件下膨胀，在这个过程中（ ）

A. 气体对外做功，做功的数值等于它从外界吸收的热量 B. 气体对外做功，做功的数值大于它从外界吸收的热量 C. 气体对外做功，做功的数值小于它从外界吸收的热量 D. 气体不一定对外做功

12. 一个密闭的透热的容器，中间用可以自由移动但不漏气的活塞隔成两部分，一边充有氧气，一边充有氢气，下面结论正确的是（ ）

A. 如果氢气和氧气的质量相同，则两部分气体的体积相等 B. 如果氢气和氧气的质量相同，则氧气的体积大于氢气的体积 C. 如果两种气体分子间的平均距离相等，则氢气的质量较大 D. 如果两种气体分子间的平均距离相等，则氧气的质量较大 13. 试说明气体压强产生的微观原因。

14. 如果对钢瓶中的气体不断加大压强，那么气体将会发生什么现象？

15. 如图所示，一气缸竖直倒放，气缸内有一质量不可忽略的活塞，将一定量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气体处于平衡状态，现保持温度不变把气缸稍微倾斜一点，在达到平衡后，与原来相比，则（ ）

A. 气体的压强变大 B. 气体的压强变小 C. 气体的体积变大 D. 气体的体积变小

16. 图为充气泵气室的工作原理图。设大气压强为过阀门

、

，气室中的气体压强为

，气室通

与空气导管相连接。以下选项中正确的是（ ）

，K1关闭，K2开通 ，

关闭，K2开通

A. 当橡皮管被拉伸时，B. 当橡皮管被拉伸时，C. 当橡皮管被压缩时，D. 当橡皮管被压缩时，

，K1关闭，K2开通 ，K1关闭，K2开通

试题答案】

1. C 2. D 3. A 4. D 5. B 6. B 7. B 8. C 9. D 10. B 11. C 12. D 13. 略 14. 略 15. AD

16. C

A. 如果氢气和氧气的质量相同，则两部分气体的体积相等 B. 如果氢气和氧气的质量相同，则氧气的体积大于氢气的体积 C. 如果两种气体分子间的平均距离相等，则氢气的质量较大 D. 如果两种气体分子间的平均距离相等，则氧气的质量较大 13. 试说明气体压强产生的微观原因。

14. 如果对钢瓶中的气体不断加大压强，那么气体将会发生什么现象？

15. 如图所示，一气缸竖直倒放，气缸内有一质量不可忽略的活塞，将一定量的理想气体封在气缸内，活塞与气缸壁无摩擦，气体处于平衡状态，现保持温度不变把气缸稍微倾斜一点，在达到平衡后，与原来相比，则（ ）

A. 气体的压强变大 B. 气体的压强变小 C. 气体的体积变大 D. 气体的体积变小

16. 图为充气泵气室的工作原理图。设大气压强为过阀门

、

，气室中的气体压强为

，气室通

与空气导管相连接。以下选项中正确的是（ ）

，K1关闭，K2开通 ，

关闭，K2开通

A. 当橡皮管被拉伸时，B. 当橡皮管被拉伸时，C. 当橡皮管被压缩时，D. 当橡皮管被压缩时，

，K1关闭，K2开通 ，K1关闭，K2开通

试题答案】

1. C 2. D 3. A 4. D 5. B 6. B 7. B 8. C 9. D 10. B 11. C 12. D 13. 略 14. 略 15. AD

16. C

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