气体的状态参量
气体的状态参量
气体的状态参量气体是物态中最简单的一种，由于分子之间的距离比较大，因而分子间相互作用相对较弱，分子内能量占有主导地位，因此气体的性质比较特殊。
关于气体的状态参量，我们将在本文中进行详细介绍。
压力压力是气体状态参量中最基础的一个，表示气体分子对容器壁产生的作用力。
在理想气体状态方程中，压力与温度和容积成正比，与摩尔数成正比。
单位通常用帕斯卡（Pa）来表示。
温度温度是气体状态参量中最主要的一个，用于描述气体分子的平均能量、分子热运动的强度和分子间作用力的大小。
温度的单位通常用开尔文（K）来表示。
理想气体状态方程表明，其温度与压力成正比，与容积和摩尔数成反比。
容积容积是气体状态参量中表示气体所占空间大小的一个参数。
在理想气体状态方程中，容积与温度和压力成反比，与摩尔数成正比。
在实际气体中，容积还可以受到气体分子的相互作用力和压缩因素的影响。
摩尔数摩尔数表示单位体积或单位质量的气体分子数，是气体状态参量中的一个重要参数。
在理想气体状态方程中，摩尔数与温度、压力和容积成正比。
在实际气体中，摩尔数还受到气体分子的相互作用力和存在物质的影响。
内能内能是气体状态参量中描述物质内部粒子整体动能和分子间势能之和的一个参数。
在理想气体状态方程中，内能与温度成正比，与压力、容积和摩尔数正比例。
内能不仅仅受到温度的影响，同时也与气体的化学状态和分子内部结构等因素相关。
熵熵是气体状态参量中描述混乱度或无序度的一个参数。
在理想气体状态方程中，熵与温度成正比，与其他状态参量均无关。
熵的大小决定了热力学系统是否能实现一定的物理过程。
粘滞性粘滞性是气体状态参量中描述气体分子流动时与内部求相互作用力密切相关的一个参数。
在实际气体中，粘滞性可以通过剪切率和黏滞系数进行测量和描述。
热导率热导率是气体状态参量中描述气体传递热能的能力的一种参数。
在实际气体中，热导率可以通过热扩散系数和热传导系数进行测量和描述。
电导率电导率是气体状态参量中描述气体传导电流的能力的一种参数。
军校考试大纲《物理》考点—气体状态三个参量
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1、气体状态三个参量
由一定质量气体组成的系统的热学状态由系统的温度、压强和体积来描述。
状态也指各种物态，如物质的固态，液态和气态等。
热学中特有的状态参量有温度，内能，焓、熵等。
当物质在一定状态下，其状态参量具有一定的数值。
状态参量的数值，随外界作用的改变而变化。
例如，封闭在容器内的气体，在平衡状态中，气体的密度，压强和温度各处相同。
当对气体加热时，气体体积无大变化，但气体的压强却增加了，而且压强的增加和气体温度的升高有一定的对应数值。
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2、三个参量的函数关系
当气体处于平衡态时可由三个量中任何两个变量来决定。
可写成下面的函数关系：F(P，t，V)=0。
式中三个变量中的任意两个可作为独立变量。
而状态方程正是反映其余一个为这两个独立变量的函数。
描写均匀流体的状态也只需两个自变量，但标志流体性质的变量不只限于上述的压强，体积和温度。
只要规定流体
状态的各变量中，任意选择两个作为变量，则状态的其他一切变量都是这两个自变量的函数。
对于均匀固体系统，除描写均匀流体所需的两个变量外，还需加上在各方向上的胁强或胁变作为变量才能作全面的描写。
13.1 气体的状态参量
13.1 气体的状态参量教学目的：1、理解什么是气体的状态及描述气体状态的参量（温度、体积、压强）的意义。
2、知道温度的物理意义，知道热力学温标及其单位。
知道热力学温度与摄氏温度的关系，会进行热力学温度跟摄氏温度之间的换算。
3、知道气体的体积及其单位。
4、知道气体的压强是怎样产生的，知道它的单位，会计算气体的压强，知道压强的不同单位，必要时会进行换算。
引入在力学中我们用质点所在的位置和在该位置的速度这两个物理量来确定质点的运动状态。
在热学里，我们研究的是组成物质的大量分子的集体状态。
对一定质量的气体来说，这种集体状态用气体的体积V，压强P及温度T三个物理量来描述。
这三个量称气体的状态参量。
我们研究物理问题，要用一些物理量来描述研究对象，问题不同，所用物理量也不同。
如：研究质点运动规律时，常用到位移、速度、加速度来描述其运动状态，现在研究气体的热学性质，用什么物理量来描述呢？这就是我们这节课学习的内容。
一、气体的状态参量1．气体的状态：气体的各种性质的总和称为气体的状态，对于气体，它有各种性质，如几何性质、力学性质、热学性质等．这些性质的总和决定了气体所处的状态．2．气体的状态参量：描述气体性质的物理量叫做气体的状态参量．气体的热学性质用温度来描述，几何性质用体积来描述，力学性质用压强来描述．气体的温度、体积、压强是描述气体性质的三个状态参量．二、温度（描述气体的热学性质）1、对温度物理意义的认识宏观：温度是表示物体冷热程度的物理量。
微观：从分子动理论观点来看，温度是物体分子热运动的平均动能的标志。
温度越高，物体分子的热运动越剧烈，分子热运动的平均动能越大。
2、温标：温标即温度的数值表示法。
我们在初中学习过热力学温度和摄氏温度。
在国际单位制中，用热力学温标表示的温度叫做热力学温度。
它是国际单位制中七个基本量之一。
用符号“T”表示，单位是“开尔文”，简称“开”符号是“K”。
①摄氏温标：（它是把1个大气压下水的冰点定为零度，沸点定为100度，中间分为100等分，每一等分为1度）用符号t表示，单位为摄氏度，国际符号是o C。
气体的状态参量
隔是相同的，T t．
利用热力学温标的主要意义在于：可简化热 力学方面的公式．明确了绝对零度（零开） 是低温的极限，只能无限接近，不能达到．
三、体积：描述气体的几何性质
1．由于气体分子的热运动，每一部分都要充满所给予它 的整个空间．
（4）对于处在加速运动的容器中的气体，无论是被活塞还 是液柱密封，都要把活塞或液柱作为研究对象，进行受 力分析，把气体压强对活塞或液柱的压力作为所受外力 中的一个，利用牛顿运动定律通过计算确定出气体的压 强．
小结：
温度、体积、压强是描述气体的三个状态参 量．
对于一定质量的气体来说，如果温度、体积 和压强这三个量都不变，则说气体处于一定 的状态中，如果三个量中有两个改变或者三 个都发生改变，则说气体的状态发生了变化， 只有一个量发生变化是不可能的．
二、温度：描述气体的热学性质
1．温度的宏观含义：温度是表示物体冷热程度 的物理量．
2．温度的微观含义：温度是物体内部分子无规 则运动（热运动）的剧烈程度标志． 温度越高，物体内部分子的热运动越剧 烈．具体地说，温度的微观含义是分子热运动 的平均动能的标志．
3．温标：温度的数值表示法
摄氏温标 摄尔萨斯和施勒默尔提出摄氏温标是以一个标 准大气压下冰水混合的温度为0度，水沸腾时 的温度为100度，把0到100之间分100等份而得 到，每一等份为1摄氏度（1℃）．用摄氏温标 表示的温度叫摄氏温度．符号为t．单位为摄 氏度（℃）．
第一节 气体的状态参量
一、气体的状态参量
1．气体的状态：气体的各种性质的总和称为气 体的状态，对于气体，它有各种性质，如几 何性质、力学性质、热学性质等．这些性质 的总和决定了气体所处的状态．
气体的状态参量及气态方程
⽓体的状态参量及⽓态⽅程⽓体的状态参量及⽓态⽅程[内容综述]1. 明确⽓体的状态是指⽓本的热⼒学平衡状态。
可以⽤压强P、体积V和温度T来描述⼀定质量的某种⽓体的热⼒学平衡状态。
2. 知道理想⽓体是⼀种物理模型，理想⽓体的状态变化遵守三个实验定律，并能由此导出理想⽓体的状态⽅程。
3. 知道⽤分⼦动理论的观点对理想⽓体模型及其状态参量作出微观解释。
[要点讲解]1. ⽓体的状态参量我们的研究对象是容器中的确定的⽓体，当它和外界不发⽣能量交换时，⽓体就处于平衡状态，但与⼒学中的平衡状态不同，⽓体的分⼦是在不停地运动着的。
称为热动平衡状态（以下简称平衡态）。
实验表明，处于平衡态的某⼀⽓体，只需压强P、体积V和温度T三个参量来描述，不同的平衡态对应⼀组不同的（P、V、T）值。
P、V、T这三个参量，只有两个是独⽴的。
因⽽对于⼀个确定的⽓体对象，两个不同的状态，只可能有⼀个参量取相同值。
即不可能保持两个参量不变⽽单独改变第三个参量来实现状态的变化。
如果假定P、V是独⽴的，则T是P、V的状态函数，可表⽰为T＝f(P、V)此函数关系称为⽓体的状态⽅程。
其具体表达式要由实验来确定。
2.⽓体实验定律(1)玻意⽿定律实验表明，在温度不太低（与常温相⽐），压强不太⼤（与常压相⽐）的实验条件下，⼀定质量的⽓体温度保持不变时，它的压强与体积的乘积是⼀个常量。
即PV＝C (1)常量C由温度决定。
(2)查理定律实验表明，⼀定质量的⽓体，体积不变时，它的压强跟热⼒学温度成正⽐。
即(2)(3)盖·吕萨克定律实验表明，⼀定质量的⽓体，压强保持不变时，它的体积跟热⼒学温度成正⽐。
即(3)3. 理想⽓体的状态⽅程严格遵守三个实验定律的⽓体称为理想⽓体。
对于⼀定质量的理想⽓体，当由状态1（参量为P1、V1、T1）变化到状态2（参量为P2、V2、T2）时，可由上述(1)、(2)、(3)三个⽅程中的任意两个（并设定中间态）推导出(4)上式称为理想⽓体的状态⽅程。
气体的状态参量
p1
T1V0 T0V1
p0
1.65105Pa
（2）由玻意耳定律有
p2
p1V1 V0
1.1105Pa
2006年上海卷19B、
19B.（10分）一活塞将一定质量的理想气体封闭地气 缸内，初始时气体体积为3.0×10-3m3.用DIS实验系统 测得此时气体的温度和压强分别为300K和1.0×105Pa。
3. 对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是 ( A )
( A ）压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大 ( B ）压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大 ( C ）压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大 ( D ) 压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大
4. 对一定质量的理想气体，下列判断正确的是
p1V1 p2
4103m3
05年南京质量检测一6、 6. 如果将自行车内胎充气过足,又放在阳光下受暴晒,
车胎极易爆裂．关于这一现象的描述,下列说法正确 的是（暴晒过程中内胎容积几乎不变） ( B D )
A．车胎爆裂，是车胎内气体温度升高，气体分子间 斥力急剧增大的结果．
B．在爆裂前的过程中，气体温度升高，分子无规则 热运动加剧，气体压强增大．
V与热力学温度T成正比. V1 V2 常量 T1 T2
4、气态方程：
p1V1 p2V2 nR
T1
T2
n为气体的摩尔数，R为普适气体恒量
三、等温变化的图象：
次数 压强（×105Pa)
体积(L)
p （×105Pa) 3
123 45 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
1.3 1.6 2.0 2.7 4.0
的位置，下面说法正确的是 （ D
气体的态参量
玻意耳定律的适用条件 （1）温度不太低，压强不太大 （2）被研究气体的质量、温度保持不变
例1 一个气泡从水底升到水面时，它的体积增大 为原来的3倍，设水的密度为ρ=1×103kg/m3，大 气压强p0=1.01×105Pa，水底与水面的温度差不计， 求水的深度．取g=10m/s2． 分析 气泡在水底时，泡内气体的压强等于水面 上大气压与水的静压强之和．气泡升到水面上时， 泡内气体的压强减小为与大气压相等，因此其体积 增大．由于水底与水面温度相同，泡内气体经历的 是一个等温变化过程，故可用玻意耳定律计算．
m2 s2
m1 s1 M m1 s1
M
M m1 s1
m1 s1 M
如图，一个横截面积为S 的圆筒形容器竖直放置， 金属圆板A的上表面是水 平的，下表面是倾斜的， 下表面与水平面的夹角为 θ，圆板的质量为M，不 计圆板与容器内壁之间的 摩擦，若大气压强为P0， 则被圆板封闭在容器中的 气体的压强等于
解答 设气泡在水底时的体积为V1、压强 为p1=p0+ρgh． 气泡升到水面时的体积为V2，则V2=3V1， 压强为p2=p0 由玻意耳定律p1V1=p2V2，即 (p0+ρgh)V1=p0· 3V1 得水深h=20.2m
水银气压计管子露出水银槽长度为85cm。由 于管内留有少量气体，当实际气压为77cmHg 时，读数为76cmHg。求：当读数为75cmHg时， 实际气压P为多少？
上述关系也可以在P-V图上以一条曲线表述出来， 这条表示一定质量的气体在温度不变时其压强随体 积变化体的一个状态，② 同一等温线上每一状态的温度均相同③对同一部分气体， 在不同温度下的等温线为一簇双曲线，离坐标轴越远的 等温线的温度越高
被液体封闭的气体压强
描述气体的三个状态参量
3、有关气体压强下列说法正确的是（ D ） A、气体分子的平均速率增大，则气体压强
一定增大；
B、气体分子的密度增大，则气体压强 一定增大；
C、气体分子平均动能增大，则气体压强 一定增大；
D、气体分子平均动能增大，则气体压强 可能减小。
4、一定质量的气体，在体积不变的情况下， 下列说法正确的是（A D） A、当温度升高时，气体的压强必增大； B、当温度降低时，气体的压强可能增大； C、当温度升高时，每秒钟撞击单位面积的
单位面积器壁的分子数 才能维持压强不变
1、气体体积减小时，压强增大，是指（ D ） A、一定体积的气体； B、一定质量的气体； C、一定压强的气体； D、一定质量温度不变的气体。
2、一定质量的气体若压强不变，当温度 升高时，下面哪个说法是正确的（ B D）
A、气体的密度增大 B、气体的密度减小 C、气体的密度不变 D、气体分子的平均动能增大
分子数增多；
D、不管温度升高还是降低，单位体积内 气体的分子数不变。
一定质量的气体，若体积不变，温度升高 压强增大。
微观解释：
体积不变 分子的疏密程度不变
温度升高 分子热运动加剧
分子
平均动能增大
分子撞击力变大
压强变大
4、气体温度和体积的关系：
一定质量的气体，若压强不变，温度升高， 体积增大。
微观解释：
温度升高
分子平均动能增大
会使压强变大，若要保持压强不变
只有体积变大 使分子变稀疏，减少撞到
七、气体的压度、体积、压强 （即T、V、P）
2、气体压强和体积的关系：
一定质量的气体，若温度不变，体积减小， 压强增大。
按气体分子热运动理论解释（即微观解释）： 体积减小 分子越密集 一定时间内，
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二、温度
• 1.温度是描述气体热学特征的物理量 在生活中温度表示物体的冷热程度， 这是建立在人们主观基础上的粗浅的 温度概念. • 温度越高，物体分子的热运动加剧， 分子热运动的平均动能也增加. • 2.温度的微观含义： 温度是分子热运动的平均动能的标志.
3.温标：温度的数量表示法.
• (1)摄氏温标 摄尔萨斯和施勒默尔提出摄氏温度标准状况下冰 水混合的温度为0度，水沸腾时的温度为100度， 把0到100之间100等份，每一等份为1摄氏度 （1℃） • (2)热力学温标： 19世纪英国物理学家开尔文提出一种与测温物质 无关的温标，叫热力学温标或绝对温标.用符号T 表示.单位是开尔文，简称开，符号K.
7. 封闭在气缸内一定质量的气体,如果保持气体体积 不变,当温度升高时,以下说法正确的是: ( B D ) A. 气体的密度增大 B. 气体的压强增大 C. 气体分子的平均动能减小 D. 每秒撞击单位面积器壁的分子数增多
AD ) 8．下列说法正确的是 ( A．气体的温度升高时，并非所有分子的速率都增大 B．盛有气体的容器作减速运动时，容器中气体的内能 随之减小 C．理想气体在等容变化过程中，气体对外不做功，气 体的内能不变 D．一定质量的理想气体经等温压缩后，其压强一定增 大
第六节 气体的状态参量
• 把一个气球放到冰箱里: • （1）气球会发生怎样的变化？ • （2）用什么物理量来描述气球气 体的变化？
你知道 吗？
一、气体的状态和状态参量
对于气体的某种性质均需用一个物 理量来描述.如气体的热学性质可 用温度(T)来描述,其力学性质可用 压强(p)来描述，几何性质用体积 (V)来描述. 状态参量: 描述气体性质的物理量 叫状态参量.
5、压强的计算
• 如图所示，容器内的气体被活塞封闭着， 当活塞静止不动时（活塞与器壁之间的摩 擦不计），容器内的气体对活塞的压力跟 大气压力对活塞的压力平衡，容器内气体 的压强P等于大气压P0，即P= P0
P
P0
【例题1】如图所示,直玻璃管竖直静止放置,开口向 上,高为h的水银柱把玻璃管下端的气体封闭,外界 大气压为P0,水银密度为ρ,求被封闭气体A的压强. 解: 以水银柱为研究对象,它受到竖直方向 PAS 的三个力作用, 如图所示,依平衡条件, PA S =P0S+mg, mg 其中 mg=ρShg, P0S 所以 PA= P0+ρgh, 上式中各物理量使用国际单位,压强为帕,如果液柱为 水银, 压强单位为cmHg或mmHg,则上式可简化为 PA= P0+ h
4. 对一定质量的理想气体，温度一定降低
B．气体吸热，温度也可能降低
C．气体体积不变，压强增大，内能一定增大 D．气体温度不变，压强增大，内能一定减小
5．固定的气缸内由活塞封闭着一定量的理想气体， 活塞在拉力F作用下缓慢地向右移动，如图所 示．假设气缸壁和活塞都是不导热的材料，在拉动 活塞的过程中，则下列说法正确的是 （ A ） A．气体对外做功，气体内能减小 B．外力F做正功，气体内能增加
• 4、既然气体压强是大量气体分子频繁碰撞 器壁的结果，那么，从微观角度来看，气 体压强的大小跟什么因素有关呢？ • （1）和气体分子的 平均动能有关 • （2）和气体分子 密集程度有关
P=2nε/3
n=N/V
4.压强的单位：
在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡（Pa） 1 Pa = 1 N / m 气体压强的单位在实际中还会见到“标准大气压” （符号是atm）和“毫米汞柱”（符号是 mmHg）, 1atm = 1.013 × 105 Pa，1mmHg = 133 Pa. 液体压强的计算P=ρg h（ρ为密度，h为竖直高度) P=ρg h=13.6 × 103 ×9.8 ×0.76Pa = 1.013 × 105 Pa
• 用热力学温度和摄氏温度表示温度的间隔 是相同的，即物体升高或降低的温度用开 尔文和摄氏度表示在数值上是相同的.
• 3.热力学温度与摄氏温度的 数量关系 T= t + 273.15K, 粗略地表示 T= t + 273K .
K 276 275 274 273
0C
3 2 1 0
0 T
t
- 273
三、体积
C. 气体压强是由气体分子间的斥力产生的 D. 在失重的情况下，密闭容器内的气体对器壁没有压强
(
• 把一个气球放到冰箱里，气球里面 的气体的体积、温度、压强都会变 化。 • 对于一定质量的气体来说，如果温 度、压强和体积都不变，我们说气 体处于一定的状态中。如果三个量 中有两个发生变化，或者三个都发 生变化，我们就说气体的状态发生 了改变。
【例题3】当大气压为76cmHg时,求如图(1) 被汞柱封闭气柱的压强P.
6cm
600
2.一定质量的气体，压强保持不变，下列过程可 以实现的是 （A ）
A. 温度升高，体积增大
B. 温度升高，体积减小
C. 温度不变，体积增大
D. 温度不变，体积减小
3. 对于一定质量的理想气体,下列说法正确的是 ( A ) ( A ）压强增大，体积增大，分子的平均动能一定增大 ( B ）压强减小，体积减小，分子的平均动能一定增大 ( C ）压强减小，体积增大，分子的平均动能一定增大 ( D ) 压强增大，体积减小，分子的平均动能一定增大
四、压强
• 1.压强是描述气体力学特性的宏观参量. • 2.气体作用在器壁单位面积上的压力叫做气 体的压强.用符号P表示. • 气体分子做无规则热运动，对器壁频繁撞 击而产生压力.用打气筒把空气打到自行车 的车胎里去，会把车胎胀得很硬，就是因 为空气对车胎有压力而造成的. • 3.气体压强产生的原因：大量气体分子对器 壁频繁碰撞而产生的.
小结
1.温度是描述气体热学特征的物理量。 2.温度的微观含义：温度是分子热运动的平均动能 的标志。 3.温标：温度的数量表示法。 热力学温度与摄氏温度的数量关系 T= t + 273.15K 4.体积是描述气体几何特性的物理量；体积单位换 算。 5.压强是描述气体力学特性的宏观参量。 气体压强产生的原因：大量气体分子对器壁频繁 碰撞而产生的。 压强的单位和压强的计算。
F
C．气体温度升高、压强减小
D．每个气体分子的动能都减小
6 ．对一定质量的气体，若用 N 表示单位时间内与 气壁单位面积碰撞的分子数，则 A．当体积减小时，N必定增加 B．当温度升高时，N必定增加 C．当压强不变而体积和温度变化时，N必定变化 D．当压强不变而体积和温度变化时，N可能不变 ( C )
9.对一定质量的气体，下列说法中正确的是
( BD )
A.温度升高，压强一定增大 B.温度升高，分子热运动的平均动能一定增大 C.压强增大，体积一定减小 D.吸收热量，可能使分子热运动加剧、气体体积增大
10. 下列说法中正确的是
A ) A. 一定质量的气体被压缩时，气体压强不一定增大 B. 一定质量的气体温度不变压强增大时，其体积也增大
【变式题】如图所示,直玻璃管竖直静止放置, 开口向下,高为h的水银柱把玻璃管上端的 气体封闭,外界大气压为P0,水银密度为ρ,求 被封闭气体A的压强.
A
【例题2】 如图所示,U型管竖直静止放置,左端封闭,右 端开口向上,用水银柱封有一部分气体A,左侧水银面比 右侧水银面高h,已知外界大气压为P0水银密度为ρ, 求 被封闭气体A的压强. 解:由于静止液体同一深度压强相等,B、C在同一深度, 所以 PB= Pc 以高为h的水银柱为研究对象, 它受到竖直方向的三个力作用 A 而处于静止状态,受力如图 PBS=mg+PA S , mg=ρgSh h PA=PB-ρgh B C 因为 PB = PC = P0 , 所以 PA=P0 -ρgh
四、 气体压强的微观意义
气体的压强是大量的气体分子频繁地碰撞容器器 壁而产生的。 气体的压强就是大量的气体分子作用在器壁单位 面积上的平均作用力。 单位体积内的分子数n0越大,气体的平均速率越大, 气体的压强越大。 五、气体分子运动的特点 分子间的距离较大，分子间的相互作用力很微弱； 分子间的碰撞十分频繁； 分子沿各个方向运动的机会均等； 分子的速率按一定规律分布（“中间多，两头少”） 。
• 1.体积是描述气体几何特性的物理量. • 2.气体体积是指气体所充满的容器的容积.用符号 V表示. • 3.体积的单位： 在国际单位制中，体积的主单位为立方米（m3）. 体积的单位还有：升（L），毫升（mL） 1 L = 10-３ m³＝ 1d m³＝ １０3 mL １ｍＬ＝１０-６ m³＝ 1 cm³ 1m3 ＝ 103dm3 ＝ 106cm3