气压
气体分子运动速率的统计分布气体实验定律理想气体
1．气体和气体分子运动的特点
2．气体的压强
(1)产生原因：由于气体分子无规则的热运动，大量的分子频繁地碰撞器壁产生持续而稳定的压力。
(2)大小：气体的压强在数值上等于气体作用在单位面积上的压力。公式：p＝。
(3)常用单位及换算关系：
①国际单位：帕斯卡，符号：Pa,1Pa＝1N/m2。
②常用单位：标准大气压(atm)；厘米汞柱(cmHg)。
③换算关系：1atm＝76cmHg＝1.013×105Pa
≈1.0×105Pa。
3.气体实验定律
玻意耳定律 查理定律 盖—吕萨克定律 内容 一定质量的某种气体，在温度不变的情况下，压强与体积成反比 一定质量的某种气体，在体积不变的情况下，压强与热力学温度成正比 一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，体积与热力学温度成正比 表达式 p1V1＝p2V2 ＝或＝ ＝或＝ 图象 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。
②微观上讲，理想气体的分子间除碰撞外无其他作用力，分子本身没有体积，即它所占据的空间认为都是可以被压缩的空间。
(2)理想气体的状态方程
一定质量的理想气体状态方程：＝或＝C。
气体实验定律可看作一定质量理想气体状态方程的特例。
高频考点气体压强的产生与计算
例2．若已知大气压强为p0，在图1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．
图1
答案甲：p0－ρgh乙：p0－ρgh丙：p0－ρgh
丁：p0＋ρgh1
【变式探究】汽缸截面积为S，质量为m的梯形活塞上面是水平的，下面与右侧竖直方向的夹角为α，如图2所示，当活塞上放质量为M的重物时处于静止．设外部大气压为p0，若活塞与缸壁之间无摩擦．求汽缸中气体的压强．
图2
答案p0＋
解析p气S′＝
又因为S′＝
所以p气＝＝p0＋.
【举一反三】竖直平面内有如图3所示的均匀玻璃管，内用两段水银柱封闭两段空气柱a、b，各段水银柱高度如图所示，大气压为p0，求空气柱a、b的压强各多大．
图3
答案pa＝p0＋ρg(h2－h1－h3)pb＝p0＋ρg(h2－h1)
解析从开口端开始计算，右端大气压为p0，同种液体同一水平面上的压强相同，所以b气柱的压强为pb＝p0＋ρg(h2－h1)，而a气柱的压强为pa＝pb－ρgh3＝p0＋ρg(h2－h1－h3)．
【变式探究】如图4所示，光滑水平面上放有一质量为M的汽缸，汽缸内放有一质量为m的可在汽缸内无摩擦滑动的活塞，活塞面积为S.现用水平恒力F向右推汽缸，最后汽缸和活塞达到相对静止状态，求此时缸内封闭气体的压强p.(已知外界大气压为p0)
图4
答案p0＋
【方法技巧】两种状态下气体压强的求解方法
1．平衡状态下气体压强的求法
(1)液片法：选取假想的液体薄片(自身重力不计)为研究对象，分析液片两侧受力情况，建立平衡方程，消去面积，得到液片两侧压强相等方程，求得气体的压强．
(2)力平衡法：选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象进行受力分析，得到液柱(或活塞)的受力平衡方程，求得气体的压强．
(3)等压面法：在连通器中，同一种液体(中间不间断)同一深度处压强相等．液体内深h处的总压强p＝p0＋ρgh，p0为液面上方的压强．
2．加速运动系统中封闭气体压强的求法
选取与气体接触的液柱(或活塞)为研究对象，进行受力分析，利用牛顿第二定律列方程求解．
高频考点理想气体状态方程与气体实验定律的应用
例3．某自行车轮胎的容积为V，里面已有压强为p0的空气，现在要使轮胎内的气压增大到p，设充气过程为等温过程，空气可看作理想气体，轮胎容积保持不变，则还要向轮胎充入温度相同、压强也是p0、体积为________的空气．(填选项前的字母)
A.VB.VC.(－1)VD.(＋1)V
答案C
【变式探究】(2015·课标Ⅰ·33(2))如图5，一固定的竖直汽缸由一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞．已知大活塞的质量为m1＝2.50kg，横截面积为S1＝80.0cm2；小活塞的质量为m2＝1.50kg，横截面积为S2＝40.0cm2；两活塞用刚性轻杆连接，间距为l＝40.0cm；汽缸外大气的压强为p＝1.00×105Pa，温度为T＝303K．初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为T1＝495K．现汽缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢下移．忽略两活塞与汽缸壁之间的摩擦，重力加速度大小g取10m/s2.求：
图5
(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间，汽缸内封闭气体的温度；
(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强．
答案(1)330K(2)1.01×105Pa
解析(1)大、小活塞在缓慢下移过程中，受力情况不变，汽缸内气体压强不变，由盖—吕萨克定律得＝
初状态V1＝(S1＋S2)，T1＝495K
末状态V2＝lS2
代入可得T2＝T1＝330K
(2)对大、小活塞受力分析则有
m1g＋m2g＋pS1＋p1S2＝p1S1＋pS2
可得p1＝1.1×105Pa
缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡过程中，气体体积不变，由查理定律得＝
T3＝T＝303K
解得p2＝1.01×105Pa
【举一反三】(2014·全国卷Ⅱ·33(2))如图6所示，两汽缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两汽缸除A顶部导热外，其余部分均绝热，两汽缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气．当大气压为p0、外界和汽缸内气体温度均为7℃且平衡时，活塞a离汽缸顶的距离是汽缸高度的，活塞b在汽缸正中间．
图6
(1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度；
(2)继续缓慢加热，使活塞a上升，当活塞a上升的距离是汽缸高度的时，求氧气的压强．
答案(1)320K(2)p0
(2)活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是汽缸高度的，此时活塞a上方的氧气经历等温变化，设氧气初态的体积为V1′，压强为p1′，末态体积为V2′，压强为p2′，由所给数据及玻意耳定律可得
V1′＝V0，p1′＝p0，V2′＝V0⑤
p1′V1′＝p2′V2′⑥
由⑤⑥式可得：p2′＝p0
【方法技巧】分析气体状态变化要抓“三要点”
1．阶段性，即弄清一个物理过程分为哪几个阶段；
2．联系性，即找出几个阶段之间是由什么物理量联系起来的；
3．规律性，即明确各阶段遵循的实验定律．
1．【2016·全国卷Ⅰ】【物理——选修3-3】
(2)在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强，两压强差Δp与气泡半径r之间的关系为Δp＝，其中σ＝0.070N/m.现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升，已知大气压强p0＝1.0×105Pa，水的密度ρ＝1.0×103kg/m3，重力加速度大小g取10m/s2.
(i)求在水下10m处气泡内外的压强差；
(ii)忽略水温随水深的变化，在气泡上升到十分接近水面时，求气泡的半径与其原来半径之比的近似值．
【答案】(i)28Pa(ii)1.3
(ii)设气泡在水下10m处时，气泡内空气的压强为p1，气泡体积为V1；气泡到达水面附近时，气泡内空气的压强为p2，内外压强差为Δp2，其体积为V2，半径为r2.
气泡上升过程中温度不变，根据玻意耳定律有
p1V1＝p2V2③
由力学平衡条件有
p1＝p0＋ρgh＋Δp1④
p2＝p0＋Δp2⑤
气泡体积V1和V2分别为
V1＝πr⑥
V2＝πr⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
＝⑧
由②式知，Δp1?p0，i＝1，2，故可略去⑧式中的Δp1项，代入题给数据得
＝≈1.3⑨
2.【2016·全国卷Ⅱ】【物理——选修3-3】
(2)(10分)一氧气瓶的容积为0.08m3，开始时瓶中氧气的压强为20个大气压．某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36m3.当氧气瓶中的压强降低到2个大气压时，需重新充气．若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供该实验室使用多少天．
【答案】4天
3．【2016·全国卷Ⅲ】【物理——选修3-3】
(2)一U形玻璃管竖直放置，左端开口，右端封闭，左端上部有一光滑的轻活塞．初始时，管内汞柱及空气柱长度如图所示．用力向下缓慢推活塞，直至管内两边汞柱高度相等时为止．求此时右侧管内气体的压强和活塞向下移动的距离．已知玻璃管的横截面积处处相同；在活塞向下移动的过程中，没有发生气体泄漏；大气压强p0＝75.0cmHg.环境温度不变．
【答案】144cmHg9.42cm
联立①②③式和题给条件得
p′1＝144cmHg④
依题意
p′2＝p′1⑤
l′2＝4.00cm＋cm－h⑥
由玻意耳定律得
p2l2＝p′2l′2⑦
联立④⑤⑥⑦式和题给条件得
h＝9.42cm⑧
.【2015·上海·9】4．如图，长为h的水银柱将上端封闭的玻璃管内气体分割成两部分，A处管内外水银面相平。将玻璃管缓慢向上提升H高度（管下端未离开水银面），上下两部分气体的压强发生变化分别为和，体积变化分别为和。已知水银密度为，玻璃管截面积为S，则
A．一定等于B．一定等于
C．与之差为D．与之和为HS
【答案】A
5．[2014·新课标全国卷Ⅱ，33(2)]如图8，两气缸A、B粗细均匀、等高且内壁光滑，其下部由体积可忽略的细管连通；A的直径是B的2倍，A上端封闭，B上端与大气连通；两气缸除A顶部导热外，其余部分均绝热。两气缸中各有一厚度可忽略的绝热轻活塞a、b，活塞下方充有氮气，活塞a上方充有氧气。当大气压为p0、外界和气缸内气体温度均为7℃且平衡时，活塞a离气缸顶的距离是气缸高度的，活塞b在气缸正中间。
图8
(1)现通过电阻丝缓慢加热氮气，当活塞b恰好升至顶部时，求氮气的温度；
(2)继续缓慢加热，使活塞a上升。当活塞a上升的距离是气缸高度的时，求氧气的压强。
解析(1)活塞b升至顶部的过程中，活塞a、b下方的氮气经历等压过程，且活塞a不动，设气缸A的容积为V0，氮气初始状态的体积为V1，温度为T1，末态体积V2，温度为T2，按题意，气缸B的容积为，由题意可得氮气初始状态的体积：V1＝V0＋×＝V0①
末态体积：V2＝V0＋＝V0②
由盖－吕萨克定律得＝③
由①②③式及所给的数据可得：T2＝320K④
(2)活塞b升至顶部后，由于继续缓慢加热，活塞a开始向上移动，直至活塞上升的距离是气缸高度的时，活塞a上方的氧气经历等温过程，设氧气初始状态的体积为V1′，压强为p1′；末态体积为V2′，压强为p2′，由所给数据及玻意耳定律可得
V1′＝V0，p1′＝p0，V2′＝V0⑤
p1′V1′＝p2′V2′⑥
由⑤⑥式可得：p2′＝p0⑦
答案(1)320K(2)p0
10
|
|
