气体的状态参量(一)
气体_状态参量
θ
2、液柱封闭的气体
例1
2、液柱封闭的气体
例2：计算 图中各种情 况下，被封 闭气体的压 强。（标准 大气压强 p0=76cmHg， 图中液体为 水银）
例3、竖直平面内有右图所示的均匀玻璃管， 、竖直平面内有右图所示的均匀玻璃管， 内用两段水银柱封闭两段空气柱a、 ， 内用两段水银柱封闭两段空气柱 、b，各段水 银柱高度如图所示。大气压为p 求空气柱a、 银柱高度如图所示。大气压为 0，求空气柱 、 b的压强各多大？ 的压强各多大？ 的压强各多大
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1、气缸和活塞封闭的气体
例1：右图中两个气缸的质量均为 ，内部横截面 ：右图中两个气缸的质量均为M， 积均为S，两个活塞的质量均为m， 积均为 ，两个活塞的质量均为 ，左边的气缸静 止在水平面上， 止在水平面上，右边的活塞和气缸竖直悬挂在天 花板下。 花板下。两个气缸内分别封闭有一定质量的空气 A、B，大气压为 0， 、 ，大气压为p 求封闭气体A、 的压强 各多大？ 求封闭气体 、B的压强 各多大？
A B
PA
mg Mg = P0 + , P B = P0 − S S
1、气缸和活塞封闭的气体
例2：右图中气缸静止在水平面上，缸内用活塞封闭 ：右图中气缸静止在水平面上， 一定质量的空气。活塞的的质量为m， 一定质量的空气。活塞的的质量为 ，横截面积 为S，下表面与水平方向成 角，若大气压为 0， ，下表面与水平方向成θ角 若大气压为p 求封闭气体的压强p 求封闭气体的压强
3、气体压强
（1）压强的产生：大量分子对器壁频繁碰撞，就 对器壁产生一个持续的均匀的压力。
一般情况下不考虑气体本身的重量，所以同一容器内 气体的压强处处相等。但大气压在宏观上可以看成是大气受 地球吸引而产生的重力而引起的。（例如在估算地球大气的 总重量时可以用标准大气压乘以地球表面积。）
13.1 气体的状态参量
13.1 气体的状态参量教学目的：1、理解什么是气体的状态及描述气体状态的参量（温度、体积、压强）的意义。
2、知道温度的物理意义，知道热力学温标及其单位。
知道热力学温度与摄氏温度的关系，会进行热力学温度跟摄氏温度之间的换算。
3、知道气体的体积及其单位。
4、知道气体的压强是怎样产生的，知道它的单位，会计算气体的压强，知道压强的不同单位，必要时会进行换算。
引入在力学中我们用质点所在的位置和在该位置的速度这两个物理量来确定质点的运动状态。
在热学里，我们研究的是组成物质的大量分子的集体状态。
对一定质量的气体来说，这种集体状态用气体的体积V，压强P及温度T三个物理量来描述。
这三个量称气体的状态参量。
我们研究物理问题，要用一些物理量来描述研究对象，问题不同，所用物理量也不同。
如：研究质点运动规律时，常用到位移、速度、加速度来描述其运动状态，现在研究气体的热学性质，用什么物理量来描述呢？这就是我们这节课学习的内容。
一、气体的状态参量1．气体的状态：气体的各种性质的总和称为气体的状态，对于气体，它有各种性质，如几何性质、力学性质、热学性质等．这些性质的总和决定了气体所处的状态．2．气体的状态参量：描述气体性质的物理量叫做气体的状态参量．气体的热学性质用温度来描述，几何性质用体积来描述，力学性质用压强来描述．气体的温度、体积、压强是描述气体性质的三个状态参量．二、温度（描述气体的热学性质）1、对温度物理意义的认识宏观：温度是表示物体冷热程度的物理量。
微观：从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
温度越高，物体分子的热运动越剧烈，分子热运动的平均动能越大。
2、温标：温标即温度的数值表示法。
我们在初中学习过热力学温度和摄氏温度。
在国际单位制中，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量之一。
用符号“T”表示，单位是“开尔文”，简称“开”符号是“K”。
①摄氏温标：（它是把1个大气压下水的冰点定为零度，沸点定为100度，中间分为100等分，每一等分为1度）用符号t表示，单位为摄氏度，国际符号是o C。
高中 高考物理 气体和热力学定律
续表 玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律
适用 实际气体在压强不太大(相对于 1 标准气压)、 温度不太低(相 条件 对于常温)的情况遵守三个实验定律
4．理想气体的状态方程 (1)理想气体 ①宏观上讲， 理想气体是指在任何条件下始终遵守气体实验定律 的气体。实际气体在压强 不太大、温度 不太低 的条件下，可视为理 想气体。
(3)压强(p) ①定义：作用在器壁单位面积上的压力叫做气体压强。 ②产生原因： 由于大量气体分子无规则的运动而频繁碰撞 器壁，形成对器壁各处均匀、持续的压力。 ③决定气体压强大小的因素 宏观：决定于气体的 温度 和 体积 。 微观：决定于分子的 平均动能 和分子的 密集程度 (单位 体积内的分子数)。
解析：开始时由于活塞处于静止，由平衡条件可得 mg p0S＋mg＝p1S，则 p1＝p0＋ S 当气缸刚提离地面时气缸处于静止，气缸与地面间无 作用力，因此由平衡条件可得 p2S＋Mg＝p0S Mg 则 p2＝p0－ S 。 mg 答案：p0＋ S Mg p0－ S
2．[考查液柱封闭的气体压强]若已知大气压强 为 p0，在图中各装置均处于静止状态，图中液体密 度均为 ρ，求被封闭气体的压强。
解析：在图甲中，以高为 h 的液柱 为研究对象，由二力平衡知 p 气 S＝－ρghS＋p0S 所以 p 气＝p0－ρgh
在图乙中，以 B 液面为研究对象，由平衡方程 F 上＝F 下 有：p 气 S＋ρghS＝p0S p 气＝p0－ρgh 在图丙中，以 B 液面为研究对象，有 3 p 气＋ρghsin 60° ＝pB＝p0，所以 p 气＝p0－ ρgh 2 在图丁中，以液面 A 为研究对象，由二力平衡得 p 气 S＝(p0＋ρgh1)S，所以 p 气＝p0＋ρgh1。 答案：甲：p0－ρgh 乙：p0－ρgh 3 丙：p0－ ρgh 2 丁：p0＋ρgh1
气体热学高三物理内容分析教材教法教学建议教学要点北京海淀
第三单元、气体
实验：研究气体的等温变化 定量关系：
如何确定气体状态参量的数值？ 温度：温度计（或温度传感器） 体积：容器的容积 压强：气压计（或气压传感器）
5
第三单元、气体
实验：研究气体的等温变化
实验中的研究对象是什么？ 一定质量的气体 m不变 T不变 如何控制气体的质量m、温度T保持不变？ 实验过程中如果空气柱体积的辩护不太快，它的 温度大致等于环境温度，不会有明显变化 另外，实验过程中不能用手触摸玻璃管；稳定后 再读数
11
气体的等容变化和等压变化
12
利用查理定律解释生活中的现象
1 冬季，装有半瓶水的暖瓶经过一个夜晚，第二天拔瓶口的软木塞时会觉得很 紧，不易拔出来，这是什么原因？ 2 炎热的夏天，如果将自行车充气很足，而且放在阳光下爆嗮，这样极易爆裂， 这是什么原因？
13
盖-吕萨克定律可以表述为：一定质量的某种气体，在压强不变
2
第三单元、气体
实验：研究气体的等温变化 1 知道气体的状态参量 2 知道气体的等温变化 3 了解研究气体等温变化的实验装置和原理
状态参量之间的关系： 一定质量的气体的状态参量：温度T、体积V、压强P之间有什么 关系呢？
控制变量法进行研究
3
第三单元、气体
实验：研究气体的等温变化 定性关系：温度不变时，气体的压强和体积之间有什么关系？ 将针筒的细口堵上，用力向里压柱塞，越往里压会有什么感觉？ 结论：V减小，P增大 猜想：P、V成反比
17
教科版3-3教科书P-31
18
教科版3-3教科书P-32
19
第单元、气体
第三单元、气体
21
第三单元、气体
教科版3-3教科书P19 22
9.0气体动理论
温度的数值表示法 ——温标。
3. 温度(T) ：
冰点 273.15K, 绝对零度：T = 0 K，
热力学(开氏)温标： 水三相点(气态、液态、固态的共存 状 国际单位：开尔文（K） 态)273.16 K
摄氏温标和开氏温标的关系
4. 热力学第零定律——
t = T－273.15
测温原理
热平衡 ：
在不受外界影响的
3kT
v 2 3kT 3RT 1.73 RT
M
M
v 2 1.73 RT M
f(v)
3. d f (v ) 0
3. 最概然速率 (最可几
dv
速率)
vp
2kT
vp 1.41
RT M
O
2RT 1.41 RT
vp
v
M
M
三、三个统计速率 1. 平均速率
v 1.60 RT M
2. 方均根速率
假设要测定中国足球队队员的平均体
重，怎么测？
G G1 G2 Gi G22
22
22 G i i1 22
设系统由N个分子组成，要测量分子
的平均速率v，若测得N个分子的v值分别
为：v1、v2、…vi、…vN ，则v的平均值为:
v v1 v2 vi vN
N
N vi i1 N
如果足球队中有4个人的体重70公斤，
P
n vx2
1 3
n v 2
2 3
n
1 2
v2
2 3
n kt
其中
kt
1 2
v2
称为气体分子的平均平动动能。
§9-6 温度的微观本 质
由理想气体状态方程
p nk T n为单位体积内的分子数
12章气体动理论
二、分子力
分子力是指分子之间存在的吸引或排斥的相互作 用力。它们是造成固体、液体、和封闭气体等许多物理
性质的原因。
吸引力——固体、液体聚集在一起； 排斥力——固体、液体较难压缩。 分子力 f 与分子之间的距离r有关。 存在一个r0——平衡位置 r= r0时，分子力为零 r < r 0分子力表现在排斥力 r > r0分子力表现在吸引力 r > 10 r0分子力可以忽略不计
2 x 2 y 2 z
1 1 1 1 2 2 2 m v x m v y m v z kT 2 2 2 2
结论：分子的每一个平动自由度上具有相同的平均平动动
能，都是kT/2 ，或者说分子的平均平动动能3kT/2是均匀地 分配在分子的每一个自由度上
推广：在温度为T 的平衡态下，分子的每一个转动自由度
12－5 能量均分定理 理想气体内能
一、自由度 确定一个物体的空间位置所需的独立 坐标数，常用i 表示。
(1)单原子分子： 可视为质点，确定其质心空 间位置需三个独立坐标。 故 自由度为3（i=3） 称为平动自由度 ， 如He、Ne等。
z
O
( He ) ( x, y, z )
x
y
(2) 刚性哑铃型双原子分子
单原子分子 双原子分子 三原子分子
练习：说明下列各式的物理含义
§12-4 麦克斯韦气体分子速率分布率 一、速率分布函数
1.分布的含义
人口按地域分布、按年龄分布
石油按储量分布等
例如，某城市人口按年龄分布：
N N
1% 5% 30% 35% 20% 4% 2% … 0 10 20 30 40 50 6 0 70 80 ∞
(1)揭示宏观现象的本质； (2)有局限性，与实际有偏差，不 可任意推广.
描述气体状态的状态参量
描述气体状态的状态参量描述气体状态的状态参量是指用于描述气体状态的物理量,通常用于气体的密度、压力、温度和体积等。
以下是描述气体状态的状态参量的正文:1. 密度(Density):密度是描述气体质量随体积变化率的物理量。
对于标准状态下(温度为0摄氏度、压力为1大气压)的气体,密度通常用g/cm3表示。
密度可以用来计算气体的体积和质量,从而确定气体的物理性质。
2. 压力(压力):压力是描述气体受到的外部作用力的物理量。
气体的压力通常用牛顿/米2(N/m2)表示。
压力可以用来测量气体的压力,并用于气体的压缩和膨胀实验。
3. 温度(Temperature):温度是描述气体分子平均动能的物理量。
温度通常用开尔文(K)表示。
温度可以用来计算气体的物理性质,如气体的密度、压力、体积等。
4. 体积(Volume):体积是描述气体体积的物理量。
气体的体积通常用cm3或m3表示。
体积可以用来计算气体的物质量,从而确定气体的物理性质。
5. 氨气(NH3):氨气是一种无色、有刺激性气味的气体。
氨气的密度约为0.79g/cm3,压力约为1.45MPa。
氨气的温度和体积变化率都比氧气和小,因此氨气可以被用作低温、高压实验气体。
除了以上几种常用的状态参量外,还有很多其他的状态参量,如氢气(H2)、氦气(He)、氩气(Ar)、二氧化碳(CO2)等。
不同的气体有不同的状态参量,因此需要根据实际情况选择适合的气体状态参量。
气体状态参量的应用范围非常广泛,不仅可以用于气体的物理性质测量,还可以用于气体的控制和合成。
掌握气体状态参量的使用方法,对于科学研究和工业生产都具有重要意义。
描述气体状态的状态参量
描述气体状态的状态参量气体状态的状态参量一般包括压强、温度和体积。
这三个参量描述了气体的物理特性，对于研究和理解气体行为非常重要。
接下来，我们将分别介绍这三个状态参量，并探讨它们对气体状态的影响。
压强是气体状态的一个重要参量。
压强描述了气体分子对容器壁的碰撞力度。
当气体分子的碰撞频率和力度增加时，气体的压强也会相应增加。
压强的单位是帕斯卡（Pa），常用的还有标准大气压（atm）和毫米汞柱（mmHg）。
根据理想气体状态方程，压强与气体分子的个数、温度和体积有关。
当其他条件不变时，压强与气体分子的个数成正比，与温度和体积成反比。
温度是气体状态的另一个重要参量。
温度描述了气体分子的平均动能。
当气体分子的平均动能增加时，气体的温度也会相应增加。
温度的单位包括摄氏度（℃）和开尔文（K）。
根据理想气体状态方程，温度与气体分子的平均动能成正比，与压强和体积成正比。
温度的改变会导致气体分子运动状态的变化，进而影响气体的性质和行为。
体积是气体状态的第三个重要参量。
体积描述了气体所占据的空间大小。
当气体的体积增加时，气体分子间的碰撞频率和力度减小，从而导致压强的降低。
体积的单位包括立方米（m³）和升（L）。
根据理想气体状态方程，体积与温度和压强成正比，与气体分子的个数成正比。
体积的变化会影响气体分子间的相互作用，从而影响气体的性质和行为。
压强、温度和体积是描述气体状态的重要参量。
它们相互关联，共同决定了气体的性质和行为。
在研究气体时，我们需要控制和改变这些参量，以便更好地理解气体的特性和行为规律。
通过深入研究气体状态的状态参量，我们可以更好地应用气体知识于实际生活中，例如在工业生产、环境保护和能源利用等方面。
希望通过本文的介绍，读者对气体状态的状态参量有了更深入的了解。
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气体的状态参量（一）
一、气体的3个状态参量
1. 温度：温度在宏观上表示物体的冷热程度；在微观上是描述热运动的剧烈程度。
热力学温度（T ），单位K （开尔文）； 摄氏温度（t ），单位℃（摄氏度）。
两种温度间的关系：T = t + 273 两种单位制下每一度的间隔是相同的：ΔT =Δt 0K 是低温的极限，它表示所有分子都停止了热运动。
可以无限接近，但永远不能达到。
2. 体积： 国际单位为3m ，常用的有L ，1L =1dm 3=10-3m 3
. 3. 压强：气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的.压强的大小取决于单位体积内的分子数和分子的平均速率。
若单位体积内分子数增大，分子的平均速率也增大，则气体的压强也增大。
国际单位是帕（Pa ），常用的单位还有标准大气压（atm ）和毫米汞柱(mmHg)。
二、（气缸）封闭气体的压强计算
已知：大气压0P ,活塞重量为G ，砝码重量1G ，汽缸重量2G ，汽缸截面积为S
1. 气缸置于水平地面上
1P = 2
P =
3P = 4
P = 2. 气缸被悬吊起来
5P = 6P
=
1. 密闭容器中气体的压强：( B )
A. 是由于气体的重力所产生的；
B. 是由于气体分子频繁碰撞容器壁所产生的；
C. 是由于分子之间存在相互作用力而产生的；
D. 当容器自由下落时，气体的压强将减小。
2. （多选）关于热力学温标，下列说法中正确的是：( AD )
A. 热力学温标的0K 是-273 ℃ ，叫做绝对零度；
B. 因为热力学温度的每一度的大小和摄氏温度是相同的，所以0 ℃也就是绝对零度；
C. 绝对零度已经达到了，温度计可以测出绝对零度；
D. 0K是低温的极限，是达不到的。
3.下列关于温度的一些叙述，不正确的是：( )
A. 温度是表示物体热量多少的物理量；
B. 温度从宏观上表示物体的冷热程度；
C. 温度从微观上恒量分子热运动的剧烈程度；
D. 温度可以用摄氏温标表示，也可以用热力学温标表示
4.气体的状态参量是指、和。
5.水的沸点是100℃，用热力学温标表示为K。
当水的温度从0℃升高到20℃时，
用热力学温标表示其升高的温度为K。
6.从分子动理论角度可知，当一定质量的气体，体积减小时，单位时间内撞击单位面积上
的分子数__________，从而导致单位面积上受到的作用力__________，气体压强_______（填增大、减小、不变）。
7.高压锅的锅盖通过几个牙齿与锅镶嵌旋转，锅盖与锅之间有橡皮密封圈，不会漏气。
锅
盖中间有一个排气孔，上面套着类似砝码的限压阀，将排气孔堵上。
加热高压锅，当锅内气体的压强增大到一定程度后，气体把限压阀顶起来，蒸汽即从排气孔中排出锅外。
已知某高压锅限压阀的质量是0.1kg，排气孔的直径是0.3cm，则锅内气体的压强最大可达到________________pa。
（P
=1.0×105Pa）
8.如图所示，汽缸质量为M＝3kg，放在地面上，活塞质量为m＝1
kg，活塞截面积为S＝50cm2，大气压强为p0＝1×105Pa。
细线跨
过光滑滑轮一端与活塞相连，另一端连接质量为m＝2kg的砝码，
则汽缸内压强为Pa。
逐渐增加砝码质量，
直到汽缸离开地面，此时缸内气体压强又为Pa。
9.如图所示圆柱形气缸，气缸质量为100 kg，活塞质量为10 kg，横
截面积为0.1 m2，大气压强为1.0×105 Pa，求下列情况下缸内气体的
压强：
（1）气缸开口向上竖直放在水平地面上，气体的压强P1
（2）拉住活塞将气缸提起并静止在空中，气体的压强P2
（3）将气缸竖直倒挂，气体的压强P3。