掌握气体的状态参量
(1)温度:温度在宏观上表示物体的冷热程度;在微观上是分子平均动能的标志。
热力学温度是国际单位制中的基本量之一,符号T,单位K(开尔文);摄氏温度是导出单位,符号t,单位℃(摄氏度)。关系是t=T-T0,其中T0=273.15K,摄氏度不再采用过去的定义。
两种温度间的关系可以表示为:T = t 273.15K和ΔT =Δt,要注意两种单位制下每一度的间隔是相同的。
0K是低温的极限,它表示所有分子都停止了热运动。可以无限接近,但永远不能达到。
(2)体积。气体总是充满它所在的容器,所以气体的体积总是等于盛装气体的容器的容积。
(3)压强。气体的压强是由于气体分子频繁碰撞器壁而产生的。(绝不能用气体分子间的斥力解释!)
一般情况下不考虑气体本身的重力,所以同一容器内气体的压强处处相等。但大气压在宏观上可以看成是大气受地球吸引而产生的重力而引起的。
压强的国际单位是帕,符号Pa,常用的单位还有标准大气压(atm)和毫米汞柱(mmHg)。它们间的关系是:1 atm=1.013×105Pa=760 mmHg; 1 mmHg=133.3Pa。
9、气体的体积、压强、温度间的关系。
(1)一定质量的气体,在温度不变的情况下,体积减小,压强增大。
(2)一定质量的气体,在压强不变的情况下,温度升高,体积增大。
(3)一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度升高,压强增大。
二、解析典型问题
问题1:应弄清分子运动与布朗运动的关系
布朗运动是大量液体分子对固体微粒撞击的集体行为的结果,个别分子对固体微粒的碰撞不会产生布朗运动。布朗运动的激烈程度与固体微粒的大小、液体的温度等有关。固体微粒越小,液体分子对它各部分碰撞的不均匀性越明显;质量越小,它的惯性越小,越容易改变运动状态,所以运动越激烈。液体温度越高,固体微粒周围的液体分子运动越不规则,对微粒碰撞的不均匀性越明显,布朗运动越激烈。但要注意布朗运动是悬浮的固体微粒的运动,不是单个分子的运动,但布朗运动证实了周围液体分子的无规则运动。
例1、下列关于布朗运动的说法中正确的是( )
A.布朗运动是指在显微镜下观察到的组成悬浮颗粒的固体分子的无规则运动;
B.布朗运动是指在显微镜下观察到的悬浮固体颗粒的无规则运动;
C.布朗运动是指液体分子的无规则运动;
D.布朗运动是指在显微镜下直接观察到的液体分子的无规则运动。
显然正确答案为B。
问题2:应弄清分子力与分子引力和斥力的关系。
分子之间虽然有空隙,大量分子却能聚集在一起形成固体或液体,说明分子之间存在着引力。分子间有引力,而分子间有空隙,没有紧紧吸在一起,说明分子间还存在着斥力。分子间同时存在着引力和斥力。分子之间同时存在着引力和斥力,都随分子之间距离的变化而变化。但是,由于斥力比引力变化得快,便出现了“斥力大于引力”、“斥力和引力恰好相等”、“引力大于斥力”的情况;当r很大时,可以认为引力和斥力均“等于零”等情况。而分子力是指分子引力和斥力的合力,分子间距离为r0时分子力为零,并不是分子间无引力和斥力。
例2、若把处于平衡状态时相邻分子间的距离记为r0,则下列关于分子间的相互作用力的说法中正确的是 ( )
A.当分子间距离小于r0时,分子间作用力表现为斥力;
B.当分子间距离大于r0时,分子间作用力表现为引力;
C.当分子间距离从r0逐渐增大时,分子间的引力增大;
D.当分子间距离小于r0时,随着距离的增大分子力是减小的
显然正确答案为A、B。
问题3: 应弄清分子力做功与分子势能变化的关系
与重力、弹力相似,分子力做功与路径无关,可以引进分子势能的概念。分子间所具有的势能由它们的相对位置所决定。分子力做正功时分子势能减小,分子力做负功时分子势能增加。通常选取无穷远处(分子间距离r>r0处)分子势能为零。当两分子逐渐移近时(r>r0),分子力做正功,分子势能减小;当分子距离r=r0时,分子势能最小(且为负值);当两分子再靠近时(r<r0),分子力做负功,分子势能增大。
例3、分子甲和乙相距较远时,它们之间的分子力可忽略。现让分子甲固定不动,将分子乙由较远处逐渐向甲靠近直到不能再靠近,在这一过程中( )
A、分子力总是对乙做正功;
B、分子乙总是克服分子力做功;
C、先是分子力对乙做正功,然后是分子乙克服分子力做功;
D、分子力先对乙做正功,再对乙做负功,最后又对乙做正功。
显然正确答案为C。