第六章 分子和气体定律

第六章A 分子 阿伏加德罗常数

八年级第二学期课本

德谟克利特

1、物体由大量分子组成

扫描隧道显微镜

1、物体由大量分子组成

硅片表面原子的图像

1、物体由大量分子组成

  • 将油滴到水面上,油会在水面上散开,几乎形成单分子油膜
  • 如果把分子看成是球形的,那么单分子油膜的厚度就可被认为等于油分子的直径
  • 只要先测出油滴的体积 \(V\) ,再测出油膜的面积 \(S\),就可估算出油分子的直径 \(d\)

油膜法测分子直径

d=\frac{V}{S}

1、物体由大量分子组成

用单分子油膜估测分子的大小

1、物体由大量分子组成

阿伏伽德罗常数

N_A=6.02\times10^{23}\rm mol^{-1}

1、物体由大量分子组成

宏观

微观

桥梁

摩尔质量M

摩尔体积VA

单个分子质量m0

单个分子体积V0

÷NA

×NA

八年级第二学期课本

2、分子不停息地运动(热运动)

红墨水在水中的扩散

酱油在蛋清中的扩散

2、分子不停息地运动(热运动)

固体颗粒的无规则运动叫做布朗运动,间接反映了液体分子的无规则运动

2、分子不停息地运动(热运动)

每隔30 s把炭粒的位置记录下来,然后用直线把这些位置按时间顺序依次连接起来。

布朗运动

 微粒很小时,液体分子沿各方向对它的撞击不平衡

八年级第二学期课本

3、分子之间存在相互作用力

分子间距相对较大时,分子间的作用表现为相互吸引

分子间距相对较小时,分子间的作用表现为相互排斥

分子间距达到一定程度,分子间的作用力迅速减小到可以忽略

分子间的作用力有些像弹簧连接着的两个小球间的作用力

3、分子之间存在相互作用力

弹簧秤的拉力大于玻璃板的重力

弹簧秤的拉力大于玻璃板的重力

两块纯净的铅块压紧后合在一起

4、分子速率分布的统计规律

伽耳顿板

某个小球落入哪个槽内是偶然的大量小球在槽内的分布却是有规律的

4、分子速率分布的统计规律

4、分子速率分布的统计规律

5%

第六章B 气体的压强与体积的关系

在这个演示实验中,气体的体积、压强、温度分别如何变化?

1、气体的状态参量

气体分子所能达到的空间范围称为气体的体积,用字母 \( V \) 来表示。体积的国际单位是\( \rm m^3\)(读作立方米)。

1、气体的状态参量

(1)

气体体积

温度(热力学温标)用字母\(T\)表示,国际单位是K(读作开尔文,简称)。日常生活中,温度常常采用摄氏温标,用字母\( t \)表示,单位(读作摄氏度)。

1、气体的状态参量

(2)

温度

宏观描述:物体冷热程度

微观描述:分子无规则运动的剧烈程度

1、气体的状态参量

(3)

气体的压强

p=\frac {F}{S}=\frac{mg}{S}

初中知识的复习:固体产生的压强

增大面积可以减小压强

1、气体的状态参量

(3)

气体的压强

p=\frac {F}{S}=\frac{mg}{S}=\frac{\rho Shg}{S}=\rho gh

初中知识的复习:液体产生的压强

液体产生的压强与形状无关

1、气体的状态参量

(3)

气体的压强

初中知识的复习:大气压强——托里拆利管

=76cm

p_0=p_{水银}

即一个大气压强相当于76cm水银柱产生的压强

  • 容器壁单位面积上所受的压力就是气体的压强。用字母\( p \)表示,国际单位是Pa(读作帕斯卡,简称)。

  • 研究水银柱时,通常还使用cmHg(厘米汞柱)为单位。

  • 1 标准大气压=\(1.013\times10^5\) Pa=76 cmHg

1、气体的状态参量

(3)

气体的压强

篮球气压标准为0.6个大气压

足球气压标准为0.6~1.1个大气压

1、气体的状态参量

(3)

气体的压强——气体压强的微观意义

由于组成气体的大量分子向各个方向运动,并撞击器壁而产生的。

模拟气体压强的产生

1、气体的状态参量

对液柱进行受力(压强)分析,由平衡方程求出气体压强

外界大气压强\( p_0=76 \rm cmHg\),水银柱长度\(h=10 \rm cm \),求管内被封闭气体的压强\( p_A\)。

A

A

A

A

\(p_A\)=______cmHg

\(p_A\)=______cmHg

\(p_A\)=______cmHg

\(p_A\)=______cmHg

76

66

86

71

1、气体的状态参量

对液柱进行受力(压强)分析,由平衡方程求出气体压强

外界大气压强\( p_0=76 \rm cmHg\),水银柱长度\(h=10 \rm cm \),求管内被封闭气体的压强\( p_A\)。

A

A

A

A

\(p_A\)=______cmHg

\(p_A\)=______cmHg

\(p_A\)=______cmHg

\(p_A\)=______cmHg

86

66

86

66

1、气体的状态参量

对液柱进行受力(压强)分析,由平衡方程求出气体压强

外界大气压强\( p_0=76 \rm cmHg\),水银柱长度\(h=10 \rm cm \),求管内被封闭气体的压强\( p_A\)。

A

A

\(p_A\)=______cmHg

\(p_A\)=______cmHg

66

86

1、气体的状态参量

对液柱进行受力(压强)分析,由平衡方程求出气体压强

外界大气压强\( p_0=76 \rm cmHg\),水银柱长度\(h_1=10 \rm cm \),\(h_2=5 \rm cm \),求管内被封闭气体的压强\( p_A\)、\( p_B\)

A

A

\(p_A\)=______cmHg

\(p_B\)=______cmHg

B

B

\(p_A\)=______cmHg

\(p_B\)=______cmHg

71

71

61

81

1、气体的状态参量

对活塞进行受力分析,由平衡方程求出气体压强

外界大气压强\( p_0\),活塞质量\(m\),求气缸内被封闭气体的压强\( p_A\)。

A

A

\(p_A\)=______

\(p_A\)=______

m
m
p_A=p_0+\rho gh
p_A=p_0-\rho gh

A

A

p=p_0
p=p_0+\rho gh
p=p_0-\rho gh sin 30\degree
p=p_0-\rho gh

压强计算基本类型全家福

p=p_0+\rho gh
p=p_0-\rho gh
p=p_0-\rho gh
p=p_0+\rho gh
p=p_0+\rho gh
p=p_0-\rho gh
p=p_0+\frac{mg}{S}
m
p=p_0-\frac{mg}{S}
m

2、在温度不变的条件下,一定质量的气体压强与体积的关系

(1)

玻意耳定律

用DIS研究温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系

2、在温度不变的条件下,一定质量的气体压强与体积的关系

(1)

玻意耳定律

用DIS研究温度不变时,一定质量的气体压强与体积的关系

\( p-V\)图像

\( p-\frac{1}{V}\)图像

化曲为直

2、在温度不变的条件下,一定质量的气体压强与体积的关系

如何保持封闭气体的质量不变?

如何保持封闭气体的温度不变?

2、在温度不变的条件下,一定质量的气体压强与体积的关系

(1)

玻意耳定律(Boyle law)

一定质量的气体在温度不变时,它的压强与体积成反比

p_1V_1=p_2V_2

2、在温度不变的条件下,一定质量的气体压强与体积的关系

(2)

等温线(isotherm)

在平面直角坐标系中,纵轴表示压强 \(p\) 、横轴表示体积 \(p\)  \(p\)  \(V\) 的函数图像是一条双曲线。这种表示等温过程的 \(p-V\) 图像叫做等温线。

p
\frac{1}{V}
p
T

它们也是等温线

P118/10 一个气泡从水底升到水面,它的体积增大为原来的2倍,设水的密度 \(\rho = 1.0 \times 10^3 \rm{kg/m^3} \),大气压强  \(p_0 = 1.01 \times 10^5\) Pa,水底到水面的温度差不计。求水的深度 。

在应用玻意耳定律解题时,首先要搞清楚是否满足温度不变和气体质量不变的条件,然后分清两个不同状态的压强和体积值,在运算过程中不一定要统一用国际单位,只要方程两边使用的单位相同就可以了。

1、气体的状态参量

1、气体的状态参量

1、气体的状态参量

第六章C 气体的压强与温度的关系

1、在体积不变的条件下,一定质量的气体压强与温度的关系

温度升高,压强变大

温度降低,压强变小

冬天从热水瓶倒出一些热水后盖上瓶塞,过一段时间后很难取出瓶塞。

1、在体积不变的条件下,一定质量的气体压强与温度的关系

1、在体积不变的条件下,一定质量的气体压强与温度的关系

(1)

查理定律(Charles law)

一定质量的气体在体积不变时,它的压强与热力学温度成正比

\frac{p_1}{T_1}=\frac{p_2}{T_2}

1、在体积不变的条件下,一定质量的气体压强与温度的关系

(2)

等容线(isochore)

p

t/℃

0

-273

p

T/K

0

2、热力学温标与摄氏温标的关系

热力学温标的1K温差与摄氏温度的1℃温差相等

\Delta T=\Delta t

热力学温度与摄氏温度之间的换算关系

T=t+273

2、热力学温标与摄氏温标的关系

绝对零度:0K=-273℃

自然界的最低温度,能够不断接近,但不能达到

低温下发生的超导体的磁浮现象

基本图像全家福

p
\frac{1}{V}

等容线

等温线

p
T
p
t

-273℃

p
T

A

B

p
V

A

B

第六章D 压缩气体的应用

储存在高压容器中的气体称为 压缩气体

空气压缩机

风镐

1、一定质量的气体,保持温度不变并减少其体积,就可以获得压缩气体(玻意耳定律

压缩气体控制车门的开关

1、一定质量的气体,保持温度不变并减少其体积,就可以获得压缩气体(玻意耳定律

p变大

浮沉子

1、一定质量的气体,保持温度不变并减少其体积,就可以获得压缩气体(玻意耳定律

打开瓶盖时的现象?

盖紧瓶盖时的现象?

1、一定质量的气体,当体积不变时,通过升高温度也可以获得压缩气体(查理定律

限压阀

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