高中物理 第一章 分子动理论谈谈大气压强与气体压强

高中物理 第一章 分子动理论谈谈大气压强与气体压强

谈谈大气压强与气体压强 ‎ 一、大气压强 ‎1.定义：从地球表面延伸至高空的空气重量，使地球表面附近的物体单位面积上所受的力称为“大气压强”，或者说大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强，简称大气压或气压。‎ 链接：地面上空气的范围极广，常称“大气”。离地面200公里以上，仍有空气存在。虽其密度很小，但如此高的大气柱作用于地面上的压强仍然极大。人体在大气内毫不感觉受到气压的压迫，这是因为人体的内外部同时受到气压的作用且恰好都相等的缘故。德国马德堡市市长，奥托·格里克做了马德堡半球实验证实了大气压的存在。　　‎ ‎2.产生的原因 大气压产生的原因可以从不同的角度来解释：‎ 第一，从微观上，可以用分子动理论来解释．因为气体是由大量的做无规则运动的分子组成，而这些分子必然要对浸在空气中的物体不断地发生碰撞．每次碰撞，空气分子都要给予物体表面一个冲击力，大量空气分子持续碰撞的结果就体现为大气对物体表面的压力，从而形成大气压．若单位体积中含有的分子数越多，则相同时间内空气分子对物体表面单位面积上碰撞的次数越多，因而产生的压强也就越大.‎ 第二，从宏观上说，空气受重力的作用，空气又有流动性，因此向各个方向都有压强．讲得细致一些，由于地球对空气的吸引作用，空气压在地面上，就要靠地面或地面上的其他物体来支持它，这些支持着大气的物体和地面，就要受到大气压力的作用．单位面积上受到的大气压力，就是大气压强；大气压强既然是由空气重力产生的，高度大的地方，它上面空气柱的高度小，密度也小，所以距离地面越高，大气压强越小.另外，地球上面的空气层密度不是相等的，靠近地表层的空气密度较大，压强也较大，高层的空气稀薄，密度较小，压强也较小，这与气体压强微观解释刚好相符.‎ 例1 （08年全国卷） 已知地球半径约为6.4×‎106 m，空气的摩尔质量约为29×10‎-3 kg/mol,一个标准大气压约为1.0×105 Pa.利用以上数据可估算出地球表面大气在标准状况下的体积为（ ）‎ A. 4×‎1016 m3‎ B.4×‎1018 m‎3‎ C. 4×‎1020 m3‎ D. 4×‎‎1022 m3‎ 解析：大气压强是由大气重量产生的。‎ 大气压强p== 代入数据可得地球表面大气质量 m=5.2×‎‎1018kg 标准状态下1mol气体的体积为v=22.4×10‎-3m3‎，故地球表面大气体积为 V=v=×22.4×10‎-3m3‎=4×‎‎1018m3‎ 故B对。‎ 点评：一般认为大气压强是由于大气重力产生的，此题也是利用这个规律来进行求解的，这是宏观上的解释。大家想想这样一个情景，将一个开口的杯子放在桌面上，空气对杯底就有一个压强为大气压强，可认为是空气柱对底部的压力而产生；若再将杯轻轻盖上，内部仍有空气，此时杯底的压强仍然与刚才的一样大，这时一般认为是空气分子碰撞而产生的。所以空气受重力只是大气压强产生的外因，而不是内因，内因仍然是气体分子碰撞而产生。‎ 二、气体压强 气体压强指的是封闭气体对容器壁的压强，气体压强产生的微观解释与大气压强的微观解释相同，也是大量气体分子对容器壁的持续的、无规则撞击产生的。但它的大小不是由被封闭气体的重力所决定的。从宏观上，气体的压强与温度和体积有关；从微观上，气体的压强与气体分子的平均动能和密度有关.‎ 例2 下列说法中正确的是（ ）‎ A.气体的温度升高时，分子的热运动变得剧烈，分子的平均动能增大，撞击器壁时对器壁的作用力增大，从而气体的压强一定增大 B.气体体积变小时，单位体积的分子数增多，单位时间内打到器壁单位面积上的分子数增多，从而气体的压强一定增大 C.压缩一定量的气体，气体的内能一定增加 D.分子a从远外趋近固定不动的分子b，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能一定最大 解析：从宏观上，气体的压强与温度和体积有关，所以只升高温度，压强也不一定增大（比如体积也跟着变大），而只变小体积，压强也不一定增大（比如温度也跟着降低）；另一方面，从微观上，气体的压强与气体分子的平均动能和密度有关，所以只增大分子的平均动能（只升高温度）压强也不一定增大（比如体积跟着变大，密度跟着变小），而气体体积变小时，虽然气体的密度增大了，但如果气体的平均动能减小（温度降低），气体的压强也不一定增大；可见，选项AB错误；‎ 做功和热传递均能改变气体的内能，对气体做了正功（压缩一定量的气体），但气体放出了更多的热量时，气体的内能减小，故C错；‎ 分子a从远外趋近固定不动的分子b，在a到达受b的作用力为零处之前，a受到b的引力对a做了正功，a的动能增大，当a到达受b的作用力为零处时，a的动能最大，D对.‎ 点评：此题考查了决定气体压强大小的因素。一定质量的气体的压强大小，从微观上由单位体积内的分子数和分子的平均动能决定；从宏观上由气体密度和温度共同决定。‎ 通过以上论述，能够看出大气压强与气体压强有一定的联系，从微观产生原因上看都是气体分子碰撞而产生，但大气压强一般认为是大气的重力而产生来计算，故很多同学认为大气压强与气体压强的产生完全不同这种错误的结论。大气压强从微观上讲也是由气体分子频繁碰撞 而产生，随着高度的增加，气体分子的密度变小，压强变小，这与气体压强微观解释刚好相符，更加说明了两者微观产生原因是相同的。所以认识事物应该看本质，不要被表面现象蒙骗，学物理更应该透过现象看本质。‎