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1、专题十三巧解气体变质量问题突破一打气问题向球、轮胎中充气是一个典型的变质量的气体问题。只要选择球内原有气体 和即将打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的问题转化 为定质量气体的状态变化问题。典例1中学物理课上一种演示气体实验定律的有趣仪器一哈勃瓶，它 是一个底部开有圆孔，瓶颈很短、导热性能良好的平底大烧瓶。在一次实验中， 体积为L的瓶内塞有一气球，气球的吹气口反扣在瓶口上，瓶底的圆孔上 配有一个横截面积S = 2 cn?的轻质橡皮塞，橡皮塞与瓶间的最大静摩擦力启= 60 Ne瓶内由气球和轻质橡皮塞封闭一定质量的气体，不计实验开始前气球中的 少量气体和气球膜厚度，向气球中缓慢打
2、气，假设气球缓慢膨胀过程中气球内、 外气压近似相等。已知 坡验室温度7二290 K恒定,环境空气密度p = 1.20 kg/m 压强为标准大气压po=lO5pa。求：橡皮塞被弹出时瓶内气体的压强；为了使橡皮塞被弹出，需要向气球内打入空气的质量。解析对橡皮塞，p=po+?=4Xl()5pa。瓶内气体做等温变化：poV=pVi则 Vi=1v3对气球内气体：体积丫2=旷一，1=7.5义104 1113气球内压强也为p=4X 105 Pa等温变化：p%=poV堂七可得 丫空=310-3 nP打入空气质量加=/空气=3.60X IO、kg=3.60 ge答案4X10$ Pa (2)3.60 g突破二抽气
3、问题从容器内抽气的过程中，容器内的气体质量不断减小，这属于变质量问题。 分析时，将每次抽气过程中抽出的气体和剩余气体作为研究对象，可将变质量问 题转化为定质量问题。典例2 太阳能空气集热器，底面及侧面为隔热材料，顶面为透明玻璃 板，集热器容积为Vo,开始时内部封闭气体的压强为外。经过太阳曝晒，气体 温度由n = 300 K升至八二350 K。(1)求此时气体的压强。(2)保持乙= 350 K不变，缓慢抽出部分气体，使气体压强再变回到po。求 集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值。判断在抽气过程中剩余气体是吸 热还是放热，并简述原因。思路点拨：(1)封闭气体在状态变化过程中体积不变，属于等容
4、变化过程， 由查理定律求解。(2)保持温度不变，缓慢抽出气体过程中，气体质量发生了变化，可以假设 气体质量不变，将抽气过程视为等温膨胀过程，稳定后，原有体积与膨胀后体积 的比值恰好为剩余气体的质量与原来总质量的比值，根据此关系列式求解。解析(1)设升温后气体的压强为，由查理定律得To TiW7代入数据得0l=#?0o第2页，共5页（2）抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V,由玻意 耳定律得piV（）=p（）V7联立式得V=V0设剩余气体的质量与原来总质量的比值为A,由题意得T联立式得A=,（6）抽气过程中剩余气体吸热。因为抽气过程中剩余气体温度不变，内能不变， 而剩余气体膨胀
5、对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热。76答案6。（2）7吸热原因见解析突破三灌气问题将一个大容器里的气体分装到多个小容器中的问题也是一个典型的变质量 问题。分析这类问题时，可以把大容器中的剩余气体和多个小容器中的气体看作 整体来作为研究对象，可将变质量问题转化为定质量问题。典例3 一氧气瓶的容积为0.08 nP,开始时瓶中氧气的压强为20个大气 压。某实验室每天消耗1个大气压的氧气0.36 m3。当氧气瓶中的压强降低到2 个大气压时，需重新充气。若氧气的温度保持不变，求这瓶氧气重新充气前可供 该实验室使用多少天。解析设氧气开始时的压强为小，体积为Vi,压强变为P2（2个大气压）
6、时， 体积为V2o根据玻意耳定律得PlVl=P2V2重新充气前，用去的氧气在P2压强下的体积为匕=匕一%设用去的氧气在po（l个大气压）压强下的体积为,则有第3页，共5页P2 V3=P0%设实验室每天用去的氧气在po下的体积为AV,则氧气可用的天数为N=Vo/AV联立式，并代入数据得 N=4(天)。答案4天畲易错管示没有将开始时氧气的体积转化为1个大气压下的体积而直接进 行计算，不在同一状态的气体，不能直接进行计算。突破四.漏气问题容器漏气过程中气体的质量不断发生变化，属于变质量问题，不能用理想气 体状态方程求解。如果选容器内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
7、态变化，可用理想气体状态方程求解。典例4 一位消防员在火灾现场发现一个容积为Vo的废弃的氧气罐(视为 容积不变)，经检测，内部封闭气体压强为l.2p。，为了消除安全隐患，该消防员 拟用下面两种处理方案：(1)冷却法：经科学冷却，使罐内气体变成27 C、一个标准大气压po,求气 体温度降低了多少；(2)放气法：保持罐内气体温度不变，缓慢地放出一部分气体，使气体压强 降为P。，求氧气罐内剩余气体的质量与原来总质量之比。解析由气体的等容变化规律知俳=良解得 八=包70=1.2乂(273+27) K=360 K Po气体温度应降低 Ar=(360-273) -27 =60 C。(2)假设将放出的气体收集起来，并保持压强与氧气罐内相同，以全部气体 为研究对象，由玻意耳定律得pi%=poV解得 V=Vo =1.2 Vo Po第4页，共5页则剩余气体与原来总气体的质量之比/ 答案(1)60 (2)|第5页，共5页