5.一定质量的气体,在压强不变的条件下,体积增大,则
A.气体分子的平均动能增大
B.气体分子的平均动能减少
C.气体分子的平均动能不变
D.条件不够,无法判定气体分子平均动能的变化
[解析] 根据气体状态参量间的定性关系,在压强不变时,体积增大,则温度升高,气体分子平均动能增大.A选项正确.
[答案] A
4.封闭在玻璃容器内的气体,温度升高时不变的物理量是(不计容器的体积变化)
A.分子的平均动能 B.分子的平均速率
C.气体的压强 D.气体的密度
[解析] 封闭玻璃容器的容积不变,气体的体积不变,密度不变.D选项正确.
[答案] D
3.有甲、乙两种气体,如果甲气体内分子的平均速率大于乙气体内分子的平均速率,则
A.甲的温度一定高于乙的温度
B.甲的温度一定低于乙的温度
C.甲的温度一定等于乙的温度
D.甲的温度可能低于乙的温度
[解析] 甲气体内分子的平均速率大于乙气体内分子的平均速率,但甲气体内分子的平均动能可能小于乙气体内分子的平均动能,所以,甲的温度可能低于乙的温度.
[答案] D
2.温度相同的氧气和氢气,它们的分子平均动能之比为
A.1∶1 B.8∶1
C.1∶8 D.无法确定
[解析] 温度是分子平均动能的量度,氧气和氢气的温度相同,则分子平均动能相同.
[答案] A
1.关于绝对零度的说法中,正确的是
A.气体在绝对零度附近所有分子都将停止运动
B.绝对零度就是冰水混合物的温度
C.用摄氏温标来表示,绝对零度的数值为-273 ℃
D.随着低温技术的发展,绝对零度是可能达到的
[解析] 绝对零度时所有物质的分子都将停止运动,它是低温的极限,是永远达不到的.在温度降低到接近绝对零度之前,所有的气体都早已液化.
[答案] C
2.连通器模型
如图8-2-3所示,U形管竖直放置.根据帕斯卡定律可知,同一液体中的相同高度处压强一定相等.所以气体B和A的压强关系可由图中虚线所示的等高线联系起来.则有:
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图8-2-3
pB+ρgh2=pA
而pA=p0+ρgh1,所以气体B的压强为:
pB=p0-ρg(h2-h1),其实该类问题与“活塞模型”并没有什么本质的区别.熟练后以上压强的关系式均可直接写出,不一定均从受力分析入手.
●典例剖析
[例1]如图8-2-4所示,在竖立的绝热容器中,隔板将气体分为A和B两部分,两部分气体的密度ρA<ρB.若抽开隔板,当两部分气体均匀混和后,全部气体的内能将
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图8-2-4
A.增加 B.减小
C.不变 D.不能判定
[解析] 当抽开隔板后,气体将从密度大的B向密度小的A扩散.当达到动平衡时,整个气体的重心将升高,因此重力势能增加.
根据能量守恒和转化定律,在绝热的条件下,系统增加的重力势能等于减少的内能.所以,气体的内能减少,温度降低--应选答案B.
[设计意图] 本例反映的是机械能和气体内能的转的过程,通过本例说明利用能量守恒定律分析气体内能变化问题的方法.
[例2]在一标准大气压(相当于76 cm水银柱产生的压强)下做托里拆利实验时,由于管中混入少量空气,水银柱上方有一节空气柱,如图8-2-5所示,这时管中稀薄气体的压强相当于下列哪个数据的水银柱产生的压强
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图8-2-5
A.60 cm B.30 cm
C.16 cm D.46 cm
[解析] 托里拆利管中混入空气后,水银上方已不是真空,这时内外液面的高度差也不再等于大气压强,而变成了管内外气体的压强差.所以稀薄气体的压强为:
p=p0-ph=(76-60) cmHg=16 cmHg
所以正确的选项为C.
[设计意图] 通过本例说明气体压强的计算方法.
※[例3]如图8-2-6,导热气缸开口向下,内有气体,缸内活塞可自由滑动且不漏气,活塞下挂一个砂桶,砂桶装满砂子时,活塞恰好静止,现在把砂桶底部钻一个小洞,细砂慢慢漏出,并缓慢降低气缸外部环境温度,则
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图8-2-6
A.气体压强增大,内能可能不变
B.外界对气体做功,气体温度可能降低
C.气体体积减小,压强增大,内能一定减小
D.外界对气体做功,气体内能一定增加
[解析] 要正确解答本题必需抓住几个关键的词句.“细砂慢慢漏出”“缓慢降低”温度、“导热气缸”所隐含的内容为:活塞受力平衡,则内部气体压强增大,(P=P0-
);缸内气体温度逐渐降低,则气体内能减小.细砂慢慢漏出的过程中,由活塞的受力情况可知,缸内气体的压强逐渐增大,又因为内部气体温度随外界温度的降低而降低,所以活塞将缓慢上升.其功能的转化情况是:外界对气体做功,气体对外放热,气体内能减小.所以正确的选项为C.
[说明] 热平衡与力平衡的含义完全不同.热平衡指的是温度相同,而力平衡指的是合外力为零.若本题中的气缸是绝热的,那么答案又如何呢?
[设计意图] 通过本例说明综合应用热力学第一定律、气体内能的特点、气体状态参量的定性关系分析问题的方法.
●反馈练习
★夯实基础
1.活塞模型
如图8-2-1和8-2-2是最常见的封闭气体的两种方式.图8-2-1中活塞的质量为m,气缸横截面积为S,外界大气压强为P0.由于活塞处于平衡状态,所以
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图8-2-1 图8-2-2
p0S+mg=pS
则气体的压强为:
p=p0+
.
其实图8-2-2中的液柱也可以看成一个活塞,由于液柱处于平衡状态,所以
pS+mg=p0S
则气体压强为:
p=p0-
=p0-ρgh.
总之,对“活塞模型”类求压强的问题,其基本的方法就是先对“活塞”受力分析,然后根据平衡条件或牛顿第二定律列方程.(请同学们思考:若图8-2-1中的气缸整体具有向上的加速度a,被封气体的压强如何表示?)
3.气体压强的微观解释
气体的压强是大量气体分子频繁地碰撞器壁而产生的.气体的压强就是大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力.气体分子的平均动能越大,分子越密,对单位面积器壁产生的压力就越大,气体的压强就越大.
●疑难解析
气体压强的确定
2.气体分子速率分布的统计规律
大量分子做无规则运动,速率有的大,有的小,但大多数分子的速率都在某个数值附近,离开这个数值越远,分子数越少,表现出“中间多,两头少”的规律.温度升高时,速率大的分子数增加,分子的平均速率增大.
1.气体分子运动的特点
气体中的分子虽然比较稀疏,但是,每 cm3体积内的分子数仍有1019个,1个空气分子在1 s内与其他空气分子的碰撞次数竟达109次之多.就某一个分子来说,它在某一时刻的速度具有怎样的大小和方向,完全是偶然的,但对大量分子的整体来说,分子的运动却表现出一定的规律.
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