用固体(如活塞等)封闭在静止容器内的气体压强,应对固体(如活塞等)进行受力分析,然后根据平衡条件求解。
例10、图3中竖直圆筒是固定不动的,粗筒横截面积是细筒的4倍,细筒足够长,粗筒中A、B两轻质活塞间封有空气,气柱长L=20cm。活塞A上方的水银深H=10cm,两活塞与筒壁间的摩擦不计,用外力向上托住活塞B,使之处于平衡状态,水银面与粗筒上端相平。现使活塞B缓慢上移,直到水银的一半被推入细筒中,求此时气体的压强。大气压强p0相当于75cm高的水银柱产生的压强。
分析与解:使活塞B缓慢上移,当水银的一半被推入细筒中时,水银柱的高度为H、=25cm,所以此时气体的压强为P2=P0+ρgH、=100cmHg.
问题8:会计算固体活塞产生的压强
分析与解:设空气柱1和2的压强分别为P1和P2,选水银柱h1和下端管内与水银槽内水银面相平的液片a为究对象,根据帕斯卡定律,气柱1的压强P1通过水银柱h1传递到液片a上,同时水银柱h1由于自重在a处产生的压强为h1cmHg,从而知液片a受到向下的压力为(P1+h1)S,S为液片a的面积。液片a很薄,自重不计。液片受到向上的压强是大气压强通过水银槽中水银传递到液片a的,故液片a受到向上的压力为P0S.因整个水银柱h1处于静止状态,故液片a所受上、下压力相等,即:(P1+h1).S=P0S
故气柱1的压强为P1=61cmHg.
通过气柱2上端画等高线AB,则由连通器原理可知PB=PA=P1。
再以水银柱h2的下端面的液片b为研究对象,可求得空气柱2的压强为P2=73cmHg.
例9、如图2所示,粗细均匀的竖直倒置的U型管右端封闭,左端开口插入水银槽中,封闭着两段空气柱1和2。已知h1=15cm,h2=12cm,外界大气压强p0=76cmHg,求空气柱1和2的压强。
例8、有关物体内能,以下说法中正确的是:
A.1g00c水的内能比1g00c冰的内能大;
B.电流通过电阻后电阻发热切,它的内能增加是通过“热传递”方式实现的;
C.气体膨胀,它的内能一定减少;
D.橡皮筋被拉伸时,分子间热能增加。
分析与解:00c的水和00c的冰分子平均动能相同,但内能并不相同,水结成冰必然放出热量,说明相同质量的水的内能大,A选项对。电阻发热是由于电流做功而不是热传递,B选项错。气体膨胀,对外做功,但可能吸收更多的热量,C选项不对。橡皮筋被子拉伸时,分子克服分子力做功,所以分子间势能增加,D选项对。
所以本题正确答案为AD。
问题7:会计算液体产生的压强
计算液体产生压强的步骤是:1选取假想的一个液体薄片(其自重不计)为研究对象;2分析液片两侧受力情况,建立力的平衡方程,消去横截面积,得到液片两侧的压强平衡方程;3解方程,求得气体压强。
例7、如图1所示,固定容器及可动活塞P都是绝热的,中间有一导热的固定隔板B,B的两边分别盛有气体甲和乙。现将活塞P缓慢地向B移动一段距离,已知气体的温度随其内能的增加而升高。则在移动P的过程中
A.外力对乙做功;甲的内能不变;
B.外力对乙做功;乙的内能不变;
C.乙传递热量给甲; 乙的内能增加 ;
D.乙的内能增加;甲的内能不变。
分析与解:在移动P的过程中,外界对乙气体做功,乙的内能要增加,所以乙的温度要升高.乙的温度升高后,甲、乙两部分气体就存在温度差,乙的温度较高,这样乙传递热量给甲。所以正确答案为C。
例6、关于物体内能,下列说法中正确的是
A. 相同质量的两个物体,升高相同的温度内能增量一定相同;
B. 在一定条件下,一定量00C的水结成00C的冰,内能一定减小;
C. 一定量的气体体积增大,但既不吸热也不放热,内能一定减小;
D. 一定量气体吸收热量而保持体积不变,内能一定减小。
分析与解:升高相同的温度,分子的平均动能增量相同,而物体的内能是物体内所有的分子的动能和势能的总和。分子的平均动能增量相同,分子数不同,分子的势能也不一定相同,所以内能增量一定相等是不正确的,即A错。00C水变成00C冰,需放出热量,因温度不变,所以分子的动能不变,分子的势能就必须减少,因而内能就一定减少,即B正确。一定质量的气体体积增大,气体对外做功,又因不吸热不放热,所以,内能一定减少,即C正确。对一定量气体吸热但体积不变,即不对外做功,外界也不对气体做功,内能一定增加,即D错。
问题6:应弄清物体的内能的变化与做功、热传递的关系
改变物体的内能的途经就是改变物体的分子动能和分子势能,最终达到改变物体的内能。能够改变物体内能的物理过程有两种:做功和热传递。
做功使物体的内能发生变化的时候,内能的变化可以用功的数值来量度。外界对物体做多少功,物体的内能就增加多少;物体对外界做多少功,物体的内能就减少多少。
热传递使物体的内能发生变化的时候,内能的变化是用热量来量度的。外界传递物体多少热量,或者说物体吸收了多少热量,物体的内能就增加多少;物体传递给外界多少热量,或者说物体放出了多少热量,物体的内能就减小多少。
做功和热传递对改变物体的内能是等效的。功和热量都可以用来量度内能的变化。它们的区别是:做功是其它形式的能(如:电能、机械能……)和内能之间的转化;热传递是物体之间内能的转移。
例5、关于温度的概念,下列说法中正确的是( )
A.温度是分子平均动能的标志,物体温度高,则物体的分子平均动能大;
B.物体温度高,则物体每一个分子的动能都大;
C.某物体内能增大时,其温度一定升高;
D.甲物体温度比乙物体温度高,则甲物体的分子平均速率比乙物体大.
显然正确答案为A。
问题5:应弄清物体的内能与状态参量的关系
物体的内能是指组成物体的所有分子热运动的动能与分子势能的总和。由于温度越高,分子平均动能越大,所以物体的内能与物体的温度有关;由于分子势能与分子间距离有关,分子间距离又与物体的体积有关,所以物体的内能与物体的体积有关;由于物体的摩尔数不同,物体包含的分子数目就不同,分子热运动的总动能与分子势能的总和也会不同,所以物体的内能与物体的摩尔数有关。总之,物体内能的多少与物体的温度、体积和摩尔数有关。
对于理想气体来说,由于分子之间没有相互作用力,就不存在分子势能。因此,理想气体的内能就是气体所有分子热运动的动能的总和。理想气体的内能只跟理想气体的质量、温度有关,而与理想气体的体积无关。即理想气体的质量和温度保持不变,其内能就保持不变。
例4、质量相同、温度相同的氢气和氧气,它们的( )
A.分子数相同; B.内能相同 ;
C.分子平均速度相同 ; D.分子的平均动能相同。
显然正确答案为D。
例3、分子甲和乙相距较远时,它们之间的分子力可忽略。现让分子甲固定不动,将分子乙由较远处逐渐向甲靠近直到不能再靠近,在这一过程中( )
A、分子力总是对乙做正功;
B、分子乙总是克服分子力做功;
C、先是分子力对乙做正功,然后是分子乙克服分子力做功;
D、分子力先对乙做正功,再对乙做负功,最后又对乙做正功。
显然正确答案为C。
问题4:应弄清温度与分子动能的关系
物质分子由于不停地运动而具有的能叫分子动能。分子的运动是杂乱的。同一物体内各个分子的速度大小和方向是不同的。从大量分子的总体来看,速率很大和速率很小的分子数比较少,具有中等速率的分子数比较多。在研究热现象时,有意义的不是一个分子的动能,而是大量分子的平均动能。从分子动理论观点来看,温度是物体分子热运动平均动能的标志,温度越高,分子的平均动能就越大;反之亦然。注意同一温度下,不同物质分子的平均动能都相同,但由于不同物质的分子质量不尽相同,所以分子运动的平均速率不尽相同。
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