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，简称开）。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，简称帕）。

  • 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 \(p\) 。 \(p\) 与 \(V\) 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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