摘要:氣體的壓強(qiáng)和內(nèi)能都與溫度和體積有關(guān)系,但氣體的壓強(qiáng)和內(nèi)能是兩個(gè)不同的概念,學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時(shí),要善于抓概念的理解,善于認(rèn)真分析,善于實(shí)際應(yīng)用。
關(guān)鍵詞:氣體;壓強(qiáng);內(nèi)能
一、注重對概念的理解
1.氣體的壓強(qiáng)
(1)概念:氣體的壓強(qiáng)是大量氣體分子頻繁的碰撞容器壁所產(chǎn)生的。單個(gè)分子碰撞器壁的沖力是短暫的,但是大量分子頻繁的碰撞器壁,就對器壁產(chǎn)生持續(xù)、均勻的壓力,氣體的壓強(qiáng)就等于大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力。
(2)相關(guān)因素:從宏觀角度來說,氣體的壓強(qiáng)由溫度和體積決定。從微觀角度來說,氣體的壓強(qiáng)由氣體分子的平均動(dòng)能和分子的密集程度決定。
2.內(nèi)能
(1)概念:物質(zhì)內(nèi)部所有分子熱運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和分子勢能的總和叫物質(zhì)的內(nèi)能。
(2)相關(guān)因素:從宏觀角度來說,由分子數(shù)、溫度和體積決定,從微觀角度來說,由分子數(shù)、分子平均動(dòng)能和分子勢能決定。
二、緊扣概念,認(rèn)真分析
例1:甲、乙兩個(gè)相同的密閉容器中分別裝有等質(zhì)量的同種氣體,已知甲、乙容器中氣體的壓強(qiáng)分別為:P甲、P乙,且P甲
( )
A.甲容器中氣體的溫度高于乙容器中氣體的溫度
B.甲容器中氣體的溫度低于乙容器中氣體的溫度
C.甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能小于乙容器中分子的平均
動(dòng)能
D.甲容器中氣體分子的平均動(dòng)能大于乙容器中分子的平均
動(dòng)能
解析:甲乙兩種氣體分子的密集程度相同,但壓強(qiáng)P甲
方法點(diǎn)撥:從微觀角度看,氣體的壓強(qiáng)由分子的平均動(dòng)能,單位體積內(nèi)氣體的分子數(shù)共同決定。
例2:對一定質(zhì)量的氣體,若用N表示單位時(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù),則( )
A.當(dāng)體積減小時(shí),N必定增加
B.當(dāng)溫度升高時(shí),N必定增加
C.當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí),N必定變化
D當(dāng)壓強(qiáng)不變而體積和溫度變化時(shí),N可能不變
解析:因?yàn)閱挝粫r(shí)間內(nèi)與器壁單位面積碰撞的分子數(shù)與分子的密集程度和分子的平均動(dòng)能有關(guān),即與氣體的溫度和體積有關(guān)。當(dāng)體積減小時(shí),單位體積的分子數(shù)增加,但溫度變化未知,所以N不一定增加,A項(xiàng)錯(cuò)誤,當(dāng)溫度升高時(shí),分子的平均動(dòng)能增大,但氣體體積可能增大,N不一定增大,B項(xiàng)錯(cuò)誤。當(dāng)溫度變化時(shí),分子的平均動(dòng)能變化,而壓強(qiáng)不變,則N必定變化,所以C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤。
三、真題印證
例3:(2007年全國理綜卷1)如下圖所示,質(zhì)量為m的活塞將一定質(zhì)量的氣體封閉在氣缸內(nèi),活塞與氣缸之間無摩擦。a態(tài)是氣缸放在冰水混合物中氣體達(dá)到的平衡狀態(tài),b態(tài)是氣缸從容器中移出后,在室溫(27℃)中達(dá)到的平衡狀態(tài)。氣體從a態(tài)變化到b態(tài)的過程中大氣壓強(qiáng)保持不變。若忽略氣體分子之間的勢能,下列說法正確的是( )
A.與b態(tài)相比,a態(tài)的氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)撞擊活塞的個(gè)數(shù)較多
B.與a態(tài)相比,b態(tài)的氣體分子在單位時(shí)間內(nèi)對活塞的沖量較大
C.在相同時(shí)間內(nèi),a、b兩態(tài)的氣體分子對活塞的沖量相等
D.從a態(tài)到b態(tài),氣體的內(nèi)能增加,外界對氣體做功,氣體對外界釋放了熱量
解析:設(shè)單位時(shí)間內(nèi)撞擊活塞的分子數(shù)為N,分子的平均速率為v0,活塞面積為S,氣體的壓強(qiáng)為P,在時(shí)間t內(nèi)氣體分子對活塞的沖量為I,I=PSt,在單位時(shí)間內(nèi)沖量I=PS不變,故C正確。設(shè)t時(shí)間內(nèi)動(dòng)量的變化量△P=kNmv0t(k為等效正碰系數(shù))。由動(dòng)量定理:PSt=kNmv0t,則:P= ,氣體有a到b過程中,溫度升高,v0增大,在P、m、s、k一定的情況下N減小,故A正確。
例4:如下圖所示,帶有活塞的氣缸中封閉一定質(zhì)量的理想氣體(不考慮分子勢能)將一個(gè)熱敏電阻(電阻值隨溫度升高而減?。┲糜跉飧字?,熱敏電阻與氣缸外的歐姆表連接,氣缸和活塞均具有良好的絕熱性能,氣缸和活塞間摩擦不計(jì)。則( )
A.若發(fā)現(xiàn)歐姆表示數(shù)變大,則氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能一定減小
B.若推動(dòng)活塞使氣缸內(nèi)氣體體積減小,則氣缸內(nèi)氣體內(nèi)能減小
C.若推動(dòng)活塞使氣缸內(nèi)氣體體積減小,則氣缸內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小
D.若推動(dòng)活塞使氣缸內(nèi)氣體體積減小,則歐姆表示數(shù)將變小
解析:發(fā)現(xiàn)歐姆表讀數(shù)變大,由熱敏電阻特性知,缸內(nèi)氣體溫度降低,氣體內(nèi)能減小,A正確。推動(dòng)活塞式缸內(nèi)氣體的體積減小,對氣體做功,有因氣缸和活塞均具有良好的絕熱性能,沒有熱量交換,由熱力學(xué)第一定律知,缸內(nèi)氣體內(nèi)能增大,溫度升高,熱敏電阻阻值變小,歐姆表讀數(shù)將變小,而氣體的壓強(qiáng)將變大,B、C項(xiàng)均錯(cuò)誤,D項(xiàng)正確。
(作者單位 甘肅省平?jīng)鍪袥艽h荔堡中學(xué))