高中物理-封闭气体压强的计算.doc

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1、. -难点突破:用气体实验定律解题的思路1根本解题思路(1)选取研究对象:它可以是由两个或多个物体组成的系统,也可以是全部气体和某一局部气体(状态变化时质量必须一定)(2)确定状态参量:找出状态变化前后的p、V、T数值或表达式(3)认识变化过程:除题设条件已指明外,常需通过研究对象跟周围环境的相互关系来确定(4)列出相关方程封闭气体压强的计算1系统处于平衡状态的气体压强的计算方法(1)液体封闭的气体压强确实定平衡法:选与气体接触的液柱为研究对象进展受力分析,利用它的受力平衡,求出气体的压强取等压面法:根据同种液体在同一水平液面处压强相等,在连通器灵活选取等压面,由两侧压强相等建立方程求出压强液

2、体部深度为h处的总压强pp0gh,例如,图中同一水平液面C、D处压强相等,那么pAp0gh.(2)固体(活塞或汽缸)封闭的气体压强确实定:由于该固体必定受到被封闭气体的压力,可通过对该固体进展受力分析,由平衡条件建立方程来找出气体压强与其他各力的关系2加速运动系统中封闭气体压强的计算方法一般选与气体接触的液柱或活塞、汽缸为研究对象,进展受力分析,利用牛顿第二定律列方程求出封闭气体的压强如下图,当竖直放置的玻璃管向上加速时,对液柱受力分析有:pSp0Smgma,S为玻璃管横截面积,得pp0.3分析压强时的注意点(1)气体压强与大气压强不同,大气压强由于重力而产生,随高度增大而减小,气体压强是由大

3、量气体分子频繁碰撞器壁而产生的,大小不随高度而变化;封闭气体对器壁的压强处处相等(2)求解液体部深度为h处的总压强时,不要忘记液面上方气体的压强用气体实验定律解题的思路1根本解题思路(1)选取研究对象:它可以是由两个或多个物体组成的系统,也可以是全部气体和某一局部气体(状态变化时质量必须一定)(2)确定状态参量:找出状态变化前后的p、V、T数值或表达式(3)认识变化过程:除题设条件已指明外,常需通过研究对象跟周围环境的相互关系来确定(4)列出相关方程2对两局部气体的状态变化问题总结多个系统相互联系的定质量气体问题,往往以压强建立起系统间的关系,各系统独立进展状态分析,要确定每个研究对象的变化性

4、质,分别应用相应的实验定律,并充分应用各研究对象之间的压强、体积、温度等量的有效关联假设活塞可自由移动,一般要根据活塞平衡确定两局部气体的压强关系变质量气体问题的分析方法这类问题的关键是巧妙地选择研究对象,把变质量转化为定质量问题常见变质量气体问题有:(1)打气问题:选择原有气体和即将充入的气体作为研究对象,就可把充气过程中的气体质量变化问题转化为定质量气体的状态变化问题(2)抽气问题:将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象,质量不变,故抽气过程可以看成是等温膨胀过程(3)灌气问题:把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体整体作为研究对象,可将变质量问题转化为定质量问题(4)漏气问题

5、:选容器剩余气体和漏出气体整体作为研究对象,便可使问题变成一定质量气体的状态变化,可用理想气体的状态方程求解液柱(活塞)的移动问题的分析方法此类问题的特点是气体的状态参量p、V、T都发生了变化,直接判断液柱或活塞的移动方向比拟困难,通常先进展气体状态的假设,然后应用查理定律可以简单地求解其一般思路为:(1)先假设液柱或活塞不发生移动,两局部气体均做等容变化(2)对两局部气体分别应用查理定律,求出每局部气体压强的变化量pp,并加以比拟如果液柱或活塞两端的横截面积相等,那么假设p均大于零,意味着两局部气体的压强均增大,那么液柱或活塞向p值较小的一方移动;假设p均小于零,意味着两局部气体的压强均减小

6、,那么液柱或活塞向压强减小量较大的一方(即|p|较大的一方)移动;假设p相等,那么液柱或活塞不移动如果液柱或活塞两端的横截面积不相等,那么应考虑液柱或活塞两端的受力变化(pS),假设p均大于零,那么液柱或活塞向pS较小的一方移动;假设p均小于零,那么液柱或活塞向|pS|较大的一方移动;假设pS相等,那么液柱或活塞不移动气体图象问题的分析要点对气体状态变化图象的理解应注意两点:(1)图象上的一个点表示一定质量气体的一个平衡状态,它对应着三个状态参量;图象上的某一条直线或曲线表示一定质量气体状态变化的一个过程(2)熟练掌握同一过程的pV、VT、pT图象之间的转化,必要时能作出辅助的状态变化图线如在

7、VT或pT图象中,比拟两个状态的压强或体积大小,可以用这两个状态到原点连线的斜率大小来判断斜率越大,压强或体积越小;斜率越小,压强或体积越大计算气体压强的常用方法气体压强的计算问题,可以转化为力学问题进展处理。具体如下:参考液面法1主要依据是液体静力学知识:静止或匀速液面下深h处的压强为。注意h是液体的竖直深度。假设静止或匀速液面与外界大气接触,那么液面下深h处的压强为,为外界大气压强。帕斯卡定律:加在密闭静止液体或气体上的压强能够大小不变地由液体或气体向各个方向传递。连通器原理:在连通器中,同一种液体中间液体不连续的同一平面上时压强是相等的。2计算压强的步骤:选取假想的一个液体薄片不计自身重

8、力为研究对象;分析液片两侧受力情况,建立平衡方程,消去横截面积,得到薄片两侧的压强平衡方程;解方程,求得气体压强。【典例】如图a所示,水平放置的均匀玻璃管,一段长为h=25 cm的水银柱封闭了长为L0=20 cm、温度为t0=27 的理想气体,大气压强p0=75 cmHg,将玻璃管缓慢地转过90角,使它开口向上,并将封闭端浸入热水中,如图b所示,待稳定后,测得玻璃管封闭气柱的长度L1=17.5 cm。问:1此时管封闭气体的温度t1是多少?2假设用薄塞将管口封闭,此时水银上部封闭气柱的长度为L2=10 cm。保持水银上部封闭气体的温度不变,对水银下面的气体加热,当上面气柱长度的减少量L=0.4

9、cm时,下面气体的温度是多少?1如下图,玻璃管A上端封闭,B上端开口且足够长,两管下端用橡皮管连接起来,A管上端被一段水银柱封闭了一段长为6 cm的气体,外界大气压为75 cmHg,左右两水银面高度差为5 cm,温度为t1=27。1保持温度不变,上下移动B管,使A管中气体长度变为5 cm,稳定后的压强为多少?2稳定后保持B不动,为了让A管中气体体积回复到6 cm,那么温度应变为多少?2如图乙所示,两端开口、粗细均匀的足够长玻璃管插在大水银槽中,管的上部有一定长度的水银柱,两段空气柱被封闭在左右两侧的竖直管中。开启上部连通左右水银的阀门A,当温度为300 K,平衡时水银柱的位置如图h1=h2=5

10、 cm,L1=50 cm,大气压为75 cmHg。求:1右管气柱的长度L2。2关闭阀门A,当温度升至405 K时,左侧竖直管气柱的长度L3大气压强保持不变。平衡条件法对于用固体或活塞封闭静止容器的气体,要求气体的压强,可对固体或活塞进展受力分析,然后根据平衡条件列式求解。【典例】如下图,透热的气缸封有一定质量的理想气体,缸体质量M=200 kg,活塞质量m=10 kg,活塞面积S=100 cm2,活塞与气缸壁无摩擦且不漏气,此时缸气体的温度为27 ,活塞刚好位于气缸正中间,整个装置都静止,大气压恒为p0=1.0105 Pa,重力加速度为g=10 m/s2,求:1缸气体的压强p1;2缸气体的温度

11、升高到多少摄氏度时,活塞恰好会静止在气缸缸口AB处?1圆柱形气缸固定放置在水平地面上,其截面如下图,用硬杆连接的两个活塞在气缸的左右两侧分别封闭了两局部气体A、B,活塞可自由移动。两侧的横截面积SApB2两端开口、外表光滑的U形管处于竖直平面,如下图质量均为m=10 kg的活塞A、B在外力作用下静止于左右管中同一高度h处,将管空气封闭,此时管外空气的压强均为p0=1.0105 Pa,左管和水平管横截面积S1=10 cm2,右管横截面积S2 =20 cm2,水平管长为3h,现撤去外力让活塞在管中下降,求两活塞稳定后所处的高度。活塞厚度均大于水平管直径,管气体初末状态温度一样,g取10 m/s2动

12、力学法当与气体相连的系统加速运动时,要求气体的压强,可以选择与气体相连的适宜的研究对象如活塞、气缸等,对其进展受力分析,然后根据牛顿第二定律列动力学方程进展求解。在对系统进展分析时,可针对具体情况选用整体法或隔离法。【典例】如图,在沿水平方向以加速度a=1 m/s2匀加速行驶的车厢中,斜靠着与水平方向成=37角的气缸。一质量m=2 kg、横截面积S=10 cm2的光滑活塞,将一定质量的气体封闭在气缸,并与气缸保持相对静止。大气压强为p0=1105 Pa。以下说确的是A气缸对活塞的弹力为16 NB气缸对活塞的弹力为17.2 NC气缸气体的压强为1.1105 PaD气缸气体的压强为2.8105 Pa1高空试验火箭起飞前,仪器舱气体的压强p0=1 atm,温度t=27 。在火箭竖直上升的过程中,加速度的大小等于重力加速度g,仪器舱水银气压计的读数为p=0.6p0,仪器舱是密封的,那么,该过程中舱里的温度是多少?2如下图,倾斜的玻璃管长L=57 cm,一端封闭、另一端开口向上,倾角=30。有4 cm长的水银柱封闭着45 cm长的理想气体,管外气体的温度均为33 ,大气压强p0=76 cmHg。1将璃管缓慢加热,假设有2 cm水银柱逸出,那么温度需要升高到多少?2假设让玻璃管沿倾斜方向向上以a=2 m/s2做匀加速直线运动,那么空气柱长度为多少?. . word.zl-

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