关于气体的压强和内能问题的探讨

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摘要：气体的压强和内能都与温度和体积有关系，但气体的压强和内能是两个不同的概念，学习这部分内容时，要善于抓概念的理解，善于认真分析，善于实际应用。

关键词：气体；压强；内能

一、注重对概念的理解

1.气体的压强

（1）概念：气体的压强是大量气体分子频繁的碰撞容器壁所产生的。单个分子碰撞器壁的冲力是短暂的，但是大量分子频繁的碰撞器壁，就对器壁产生持续、均匀的压力，气体的压强就等于大量气体分子作用在器壁单位面积上的平均作用力。

（2）相关因素：从宏观角度来说，气体的压强由温度和体积决定。从微观角度来说，气体的压强由气体分子的平均动能和分子的密集程度决定。

2.内能

（1）概念：物质内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫物质的内能。

（2）相关因素：从宏观角度来说，由分子数、温度和体积决定，从微观角度来说，由分子数、分子平均动能和分子势能决定。

二、紧扣概念，认真分析

例1：甲、乙两个相同的密闭容器中分别装有等质量的同种气体，已知甲、乙容器中气体的压强分别为：P甲、P乙，且P甲

（ ）

A.甲容器中气体的温度高于乙容器中气体的温度

B.甲容器中气体的温度低于乙容器中气体的温度

C.甲容器中气体分子的平均动能小于乙容器中分子的平均

动能

D.甲容器中气体分子的平均动能大于乙容器中分子的平均

动能

解析：甲乙两种气体分子的密集程度相同，但压强P甲

方法点拨：从微观角度看，气体的压强由分子的平均动能，单位体积内气体的分子数共同决定。

例2：对一定质量的气体，若用N表示单位时间内与器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

解析：因为单位时间内与器壁单位面积碰撞的分子数与分子的密集程度和分子的平均动能有关，即与气体的温度和体积有关。当体积减小时，单位体积的分子数增加，但温度变化未知，所以N不一定增加，A项错误，当温度升高时，分子的平均动能增大，但气体体积可能增大，N不一定增大，B项错误。当温度变化时，分子的平均动能变化，而压强不变，则N必定变化，所以C项正确，D项错误。

三、真题印证

例3：（2007年全国理综卷1）如下图所示，质量为m的活塞将一定质量的气体封闭在气缸内，活塞与气缸之间无摩擦。a态是气缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态，b态是气缸从容器中移出后，在室温（27℃）中达到的平衡状态。气体从a态变化到b态的过程中大气压强保持不变。若忽略气体分子之间的势能，下列说法正确的是（ ）

A.与b态相比，a态的气体分子在单位时间内撞击活塞的个数较多

B.与a态相比，b态的气体分子在单位时间内对活塞的冲量较大

C.在相同时间内，a、b两态的气体分子对活塞的冲量相等

D.从a态到b态，气体的内能增加，外界对气体做功，气体对外界释放了热量

解析：设单位时间内撞击活塞的分子数为N，分子的平均速率为v0，活塞面积为S，气体的压强为P，在时间t内气体分子对活塞的冲量为I，I=PSt，在单位时间内冲量I=PS不变，故C正确。设t时间内动量的变化量P=kNmv0t（k为等效正碰系数）。由动量定理：PSt=kNmv0t，则：P= ，气体有a到b过程中，温度升高，v0增大，在P、m、s、k一定的情况下N减小，故A正确。

例4：如下图所示，带有活塞的气缸中封闭一定质量的理想气体（不考虑分子势能）将一个热敏电阻（电阻值随温度升高而减小）置于气缸中，热敏电阻与气缸外的欧姆表连接，气缸和活塞均具有良好的绝热性能，气缸和活塞间摩擦不计。则（ ）

A.若发现欧姆表示数变大，则气缸内气体内能一定减小

B.若推动活塞使气缸内气体体积减小，则气缸内气体内能减小

C.若推动活塞使气缸内气体体积减小，则气缸内气体压强减小

D.若推动活塞使气缸内气体体积减小，则欧姆表示数将变小

解析：发现欧姆表读数变大，由热敏电阻特性知，缸内气体温度降低，气体内能减小，A正确。推动活塞式缸内气体的体积减小，对气体做功，有因气缸和活塞均具有良好的绝热性能，没有热量交换，由热力学第一定律知，缸内气体内能增大，温度升高，热敏电阻阻值变小，欧姆表读数将变小，而气体的压强将变大，B、C项均错误，D项正确。

（作者单位 甘肃省平凉市泾川县荔堡中学）