第六章B气体压强和体积关系.docxVIP

PAGE1 / NUMPAGES9 第六章 B 气体的压强与体积的关系 你参加过充气用品展示会吗？图6-13所描述的就是这类展示会的一角。现代社会生活中充气用品的应用非常广泛，如充气门、充气棚、充气安全滑梯、充气救生垫、充气皮划艇，乃至充气沙发等，它们都是在一个橡胶袋或塑料容器内充入气体制成的，其中有的全密封，有的可不断补充气体。这些容器内的压强通常都大于外界气压，当它们受到冲击而变形，体积发生变化时，其内部气体的压强也会变化。关于气体压强与体积变化的关系正是本节所要研究的内容。 图 图6-13 大家谈 气态是物质存在的一种状态，你认为应该如何来描述局限在某一容器中的气体状态呢？ 可以用哪些物理量来描述气体的状态？ 图6-14我们来看一个演示实验。在上端有活塞的厚玻璃筒底部放置一块硝化棉，如图 图6-14 在这个实验中，我们发现，当用手快速向下压活塞时，密封在玻璃筒里的气体的体积、温度、压强都发生了变化，我们就说气体的状态发生了变化。体积、温度、压强等都是用来描述气体状态的物理量，我们称之为气体的状态参最。只要其中任何一个状态参量发生变化，我们就说该气体的状态发生了变化。 1．气体的状态参量 在物理学中，要用体积、温度、压强等物理量来描述气体的状态，这几个物理量被称为气体的状态参量。 怎样确定气体的体积和温度？ 图6-15由于气体没有一定的形状，具有流动性。不论容器多大，气体分子总能充满整个容器，如图 图6-15 我们已知道，气体的温度是描述气体冷热程度的物理量。从微观角度分析，气体温度的高低取决于气体分子无规则运动的剧烈程度。气体分子运动越剧烈，分子运动的平均速率越大，气体的温度就越高。 我们经常用温度计来测量气体的温度。在下一节，还会用DIS系统结合温度传感器来测量温度。 气体的压强是怎样产生的？ 图6-16让我们先做一个实验来模拟压强的产生。把磅秤的托盘翻过来放置，将若干小钢珠（或黄豆）连续倒在托盘上（图 图6-16 （1）气体体积 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m3（读作立方米）。 （2）温度。 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）。 （3）气体的压强。 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）。 下面我们介绍一些测量气体压强的方法。 （1）用汞压强计测量 测量时，将汞压强计竖直放置，并将装有待测气体的容器与它的U形管的一臂连通。如果汞压强计两臂内汞面的高度相等，如图6-17（a）所示，表明容器中气体的压强p等于大气压强p0，即 p＝p0。 如果汞压强计两臂内汞面的高度差为h，且与容器连通的一个臂内汞面较低，如图6-17（b）所示，表明容器内气体的压强p大于大气压强p0，且有 p＝p0＋ρgh， 式中ρ为汞的密度。 图 图6-17 如果汞压强计两臂内汞面的高度差为h，但与容器连通的一个臂内汞面较高，如图6-17（c）所示，表明容器内气体的压强p小于大气压强p0，且有 p＝p0－ρgh。 （2）用指针式或数字式压强计测量 盛放在储气筒里的压缩空气和盛放在钢瓶里的氧气或氢气的压强，通常是用指针式金属压强计或数字式压强计直接显示的。图6-18显示的是用指针式压强计来测量自行车内胎气压的情景。 图 图6-18 自主活动 图6-19所示是托里拆利测量大气压强的实验装置示意图，把一端封闭的、充满汞的玻璃管倒置并竖直插入汞槽内，如果有部分空气漏入管内，管内外汞面高度差为h，设大气压强是p0，则管内汞柱上方的气体压强为多少？ 图 图6-19 示例 一个气缸水平放置在地面上，在质量为m1、截面积为S的活塞上方放置一个质量为m2的重物，平衡时如图6-20所示，则气缸内气体的压强为多少？（大气压强为p0） 图 图6-20 图6-21【分析】由于活塞处于静止状态，一定受到平衡力的作用。此时活塞受到自身重力m1g、重物向下的压力FN＝m2g和大气向下的压力p0S，如图6-21所示。这三个力正好与气缸内作用于活塞、方向向上的气体压力 图6-21 【解答】根据物体平衡的条件，有 pS＝m1g＋m2g＋p0S， 所以，p＝p0＋ EQ \F(m1g＋m2g,S) 。 【讨论】在研究气体压强大小的时候，往往要考察与气体直接接触的物体，如活塞、汞柱等，通过分析这些物体的受力情况，可得出气体的压强。 点击 有关压强的一些数据p/Pa 星际空间 10-16 太阳辐射 4×10-6 听阈声压 2×10-5 日光灯管中的汞蒸气 0.5～1.3 人的心脏收缩时 1.2×105～1.4×105 载重汽车内胎压强 1.8×105～2.2×105 地球中心 3.7×101