专题16 气体模型-高考物理模型法之对象模型法(原卷版) (2)
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1、模型界定本模型主要是理想气体模型,涉及气体分子动理论、气体定律以及热力学定律与气体状态方程相结合的问题。模型破解1.气体分子动理论:人们从分子运动的微观模型出发,给出某些简化的假定,结合概率和统计力学的知识,提出了气体分子动理论,其主要如下:(i)气体是由分子组成的,分子是很小的粒子,彼此间的距离比分子的直径(10-10m)大许多,分子体积与气体体积相比可以略而不计。(ii)气体分子以不同的速度在各个方向上处于永恒的无规则运动之中。(iii)气体分子运动的速度按一定的规律分布,速度太大或速度太小的分子数目都很少.(iv)温度升高,分子运动的平均速率增大,且速率大的分子数增多,速率小的分子数减小
2、,仍是“中间多,两头少”的分布规律.(v)除了在相互碰撞时,气体分子间相互作用是很微弱的,甚至是可以忽略的。(vi)气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹性碰撞。(vii)分子的平均动能与热力学温度成正比。(viii)分子间同时存在着相互作用力。分子间同时存在着引力和斥力,引力和斥力都随分子间距离的增大而减小(分子间距越大,引力和斥力都越小;分子间距越小,引力和斥力都越大)。但斥力的变化比引力快,实际表现出来的是引力和斥力的合力。合力在0r0时表现为斥力,在大于r0时表现为引力(r0为引力等于斥力的临界点)例1 1859年麦克斯韦从理论上推导出了气体分子速率的分布规律,后来有许多实验验证了这一规
3、律。若以横坐标表示分子速率,纵坐标表示各速率区间的分子数占总分子数的百分比。下面国幅图中能正确表示某一温度下气体分子速率分布规律的是 。(填选项前的字母) 模型演练1.下列叙述正确的是( )A只要知道气体的摩尔体积和阿伏伽德罗常数,就可以算出气体分子的体积B物体的内能越大,分子热运动就越剧烈,分子平均动能也就越大C由于气体分子做无规则运动,所以气体分子速率分布没有规律D分子间的距离r存在某一值r0,当rr0时,斥力小于引力2. 气体的三个状态参量(i)热力学参量温度:表示物体的冷热程度,是分子平均动能的标志(ii)几何参量体积:气体所充满的容器的容积.气体的体积V是指大量气体分子所能达到的整个
4、空间的体积.封闭在容器内的气体,其体积等于容器的容积在标准状态下,1 mol的任何气体的体积均为 22.4 L气体的体积不是气体分子自身体积的总和.(iii).力学参量压强:气体作用在器壁单位面积上的压力,叫做气体的压强.压强在数值上等于单位时间内器壁的单位面积上受到气体分子的总冲量.产生原因:大量气体分子无规则运动碰撞器壁,形成对器壁各处均匀的持续的压力而产生.决定因素:一定气体的压强大小,微观上取决于分子的运动速度和分子密度;宏观上取决于气体的温度T、体积V.在温度不变时,分子运动平均率不变,气体分子每次与器壁发生碰撞产生的平均冲击力不变,单位时间内与单位面积的器壁发生碰撞的分子次数越多,
5、气体压强越大.在单位时间内与单位面积器壁发生碰撞的分子次数不变时,分子无规则运动越剧烈,每次与器壁碰撞时产生的平均冲击力越大,压强越大.决定气体分子在单位时间内对单位面积的器壁碰撞次数的因素:单位体积内的分子数与分子无规则运动剧烈程度.例2.关于气体的压强,下列说法中正确的是 A气体的压强是由气体分子间的排斥作用产生的B温度升高,气体分子的平均速率增大,气体的压强一定增大C气体的压强等于器壁单位面积上、单位时间内所受气体分子冲量的大小D当某一密闭容器自由下落时,容器中气体的压强将变为零例3.如图所示,质量为M的绝热活塞把一定质量的理想气体(不考虑 分子势能)密封在竖直放置的绝热气缸内。活塞可在
6、气缸内无摩擦地滑动。现通过电热丝对理想气体缓慢地加热。气缸处在大气中,设大气压强恒定。经过一段时间后A气缸中气体的体积比加热前减小B气缸中气体的压强比加热前增大C活塞在单位时间内受气缸中分子撞击的次数比加热前减少D气缸中气体的内能和加热前一样大模型演练2.如图所示,绝热气缸固定在水平地面上,气缸内用绝热活塞封闭着一定质量的理想气体。开始时活塞静止在图示位置,现用力F使活塞缓慢向右移动一段距离,则在此过程中A.缸内气体对活塞做负功B.缸内气体的内能减小C.缸内气体在单位时间内作用于活塞单位面积的冲量增大D.缸内气体分子在单位时间内与活塞碰撞的次数增加3. 封闭气体压强的求法有关气体压强的计算可转
7、化为力学问题来处理.(i)参考液面法(I)计算的主要依据是流体静力学知识:液面下h深处由液体重力产生的压强p=gh.(注意:h是液柱竖直高度,不一定等于液柱的长度.若液面与外界大气相接触,则液面下h处的压强为p=p0+gh,p0为外界大气压强.帕斯卡定律(液体传递外加压强的规律):加在密闭静止液体上的压强,能够大小不变地由液体向各个方向传递.连通器原理:在连通器中,同一种液体(中间液体不间断)的同一水平上的压强是相等的.(II)计算的方法步骤:选取一个假想的液体薄面(其自重不计)为研究对象;分析液面两侧重力情况,建立力的平衡方程;消去横截面积,得到液面两侧的压强平衡方程;求得气体压强.(ii)
8、.平衡法欲求用固体(如活塞等)封闭在静止容器中的气体压强,应对固体(如活塞等)进行受力分析,然后根据力的平衡条件求解.(iii).动力学法当封闭气体所在的系统处于力学非平衡状态时,欲求封闭气体的压强,首先要恰当地选择对象(如与气体相关联的液柱、固体等),并对其进行正确的受力分的(特别注意分析内、外气体的压力),然后应用牛顿第二定律列方程求解.例4.如图,粗细均匀的弯曲玻璃管A、B两端口,管内有一段水银柱,右管内气柱长为39 cm,中管内水银面与管口A之间气柱长为40 cm.先将B端封闭,再将左管竖直插入水银槽,设整个过程温度不变,稳定后右管内水银面比中管内水银面高2 cm.求:(1)稳定后右管
9、内的气体压强p;(2)左管A端插入水银槽的深度h.(大气压强p0=76 cmHg)例5.如图所示将一绝热气缸放在水平的平台上,缸内封闭了一定质量的气体,绝热活塞可无摩擦移动,且不漏气现使平台绕中心轴匀速转动,气缸和平台相对静止,缸内气体达到新的平衡,则缸内气体:( )A压强减少,内能增大B压强,内能都减小C压强、内能都不变D压强增大,内能减小4. 气体的典型状态变化过程(i)等温变化一定质量的气体,在温度不变时发生的状态变化过程玻意耳定律一定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积成反比:PV=C成立条件:m一定,P不太高、T不太低微观解释:一定质量的理想气体,分子的总数是一定的,在温度
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