小馬物理講義:氣體第1節《氣體的等溫變化》

2020-12-04 小馬講物理

從本節課開始我們進入熱力學重難點部分,關於氣體部分的學習。這一部分在高考要求上是有計算題的要求的,所以我們及要掌握好相關概念,又要加強計算練習。

一:氣體壓強的微觀解釋

首先氣體這一章,我們仍然是以之前學過的力學基礎來進行研究。不過於之前不同的是我們將要研究的是,單位面積物體的受力——壓強。

為了方便大家學習,我把第四節的部分知識放到前面來:氣體壓強的微觀解釋。為什麼氣體對外界或者說對容器有力的作用?

結合分子動理論的內容其實不難理解。氣體分子在做無規則的熱運動,因此大量氣體分子會對外界發生撞擊,氣體壓強就是由於碰撞產生的。舉個例子:石料廠經常會出現,炸藥蹦起的小石子傷人的事故;我們洗澡時花灑的流水撞擊到臉上,你會感到力的作用;撐傘在雨中走,你也會感到雨水擊打傘面產生的壓力。

進一步思考,氣體壓強的大小和什麼有關係呢?主要是兩方面:1氣體分子運動的劇烈程度,分子運動的越劇烈,則碰撞產生的壓強越大。2單位體積內氣體分子的個數,個數越多,碰撞越多,則產生的壓強越大。

表現在宏觀上,分子運動的劇烈程度就是溫度T;一定質量的氣體,體積V越小則,單位體積內的分子個數越多。

綜上:氣體的壓強和氣體的溫度,氣體的體積有關。我們可以知道溫度越大,體積越小,則氣體的壓強越大。

那麼三者之間存在怎樣的定量關係呢?下面我們將通過實驗,來進行探究。

二:氣體的等溫變化實驗探究

三個變量,我們要怎樣研究它們之間的關係?——控制變量法。首先我們可以保持氣體的溫度不變,改變氣體的體積,得到壓強的變化。

1實驗

實驗儀器如圖所示:一個氣壓計,和可以測量體積的活塞。

我們通過擠壓活塞改變氣體的體積,通過氣壓計讀出變化的壓強。需要強調的是:本實驗不需要刻意保持氣體溫度,只要氣體體積變化不是太快,氣體的溫度就和外界相通。

數據處理:把實驗數據計入表格,並且繪製圖象。

發現:一定質量的氣體溫度不變時,體積越小,壓強越大。p-v圖象接近雙曲線,通過繪製P-1/V圖象,我們看到是一條過圓心的直線,也就是說:一定質量的某種氣體,在溫度不變的情況下,壓強P和體積V成反比。這就也是玻意耳定律。它是玻意耳和馬略特兩位科學家,各自獨立研究發現的。

公式我們可以寫成PV=C (V是指氣體的體積,P指壓強,C為一常數),

或者在A、B兩種狀態下的氣體關係式可表示成:PAVA=PBVB 。

需要強調的是,任何物理規律都有它適用的條件,玻意耳定律的適用條件就是壓強不太大,溫度不太低。

2圖象

我們可以看到:一定質量的氣體溫度不變時P-1/V圖象是過原點的直線;p-v圖象是雙曲線,這樣的圖線我們稱為等溫線。不同溫度下,等溫線不同。

那麼那條等溫線溫度高,哪個溫度低呢?有兩種方法進行判斷

1根據我們的經驗:一定質量的氣體,相同的體積溫度越高,壓強越大。我們可以做一條體積相等的直線,看哪個壓強大,那個的溫度就高。

2根據後面我們第三節要學習的理想氣體狀態方程 PV=nRT。PV乘積越大則溫度越高。

三:習題分類

1氣體壓強的求解:強調仍是平衡問題,但是受力對象是「液體片」或是「氣體片」。

2玻意耳定律的應用。

3圖象的繪製和信息讀取。

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