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高中物理解题小技巧——气体质量变化时的分析方法

时间:2021-02-03 05:00:34

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高中物理解题小技巧——气体质量变化时的分析方法

气体质量变化时的分析方法

气体由一种状态变到另一种状态,伴有质量发生变化时,一般的处理方法有两种:虚设物理过程,把变质量问题转化为质量一定的问题,或者直接应用克拉珀龙方程列方程。

例1.A、B两个容器的容积相等,中间用阀门隔开,容器A中盛有0.5克10个大气压的氧气,

温度47℃的氧气,容器B中也盛有47℃的氧气。如图,当将阀门打开后,测得容器中的压强降为7.5个大气压,温度为27℃。求原容器B中原有氧气的压强?

例1

解法一:假设A、B两部分气体没有混合,A、B初末状态的体积相等,

从体积变化考虑,

原状态

A:V ,T=320 ,P=10

B:V ,T=320 ,PB 2V T"=300 PB"

末状态

A: 2V, T"=300, PA"

B: 2V ,T"=300, PB"

且PA"+PB"=7.5大气压

对A,B用理想气体状态方程:

对A: (10·V)/320=(2V·PA")/300

对B:(V·PB)/320=(20·PB" )/300

联立解得:PA"=75/16大气压

PB=6大气压。

解法二:

从压强考虑,设阀门为活塞,由于活塞的移动,最后两气体的压强都为7.5大气压。

原状态:

A:V ,T=320, P=10

B:V, T=320, PB

末状态:

A:(V+△V),T=300, P=7.5

B:(V-△V), T=300, P=7.5

且有:VA+VB=2V

对A,B用理想气体状态方程:

对A:(V·10)/320=(VA·7.5)/300

对B:(V·PB/)320=(VB·7.5)/300

解得:VA=(5/4)V

PB=6大气压

解法三:由克拉珀龙方程PV=nRT

对A初态:10·V=nAR·320

对B初态:PB·V=nBR·320

最后整体:7.5·2V=(nA+nB)R·300

联立解得:PB=6大气压。

例2.如图,气缸A和容器B用细管和阀门K相联,A和B的壁都是良好导热的。A放在27℃、

1大气压的空气中,B浸在127℃的恒温槽内,阀门K关闭时B是真空。汽缸A内活塞D左侧

的体积是6升,装有理想气体,假定气缸壁与活塞D之间无摩擦且不漏气,打开阀门K使气

体由A流入容器B,直至活塞D停止运动,A内活塞D移动了多大距离?已知B容器的容积为3升,汽缸A的截面积为100厘米²,细管的容积可忽略不计。

例2

解法一:当打开阀门K以后,气体分布在A和B两个空间之中,

分别对气体的三个状态用克拉珀龙方程

(1代表A,2代表B)

n代表摩尔数,

K阀门未打开时:

P。V ₁=nRT ₁ (1)

K阀门打开后:

A:P ₁V ₁" =n₁RT₁ (2)

B:P₂V₂=n₂RT₂ (3)

又有:

n=n₁+ n₂ (4)

P ₁=P ₂=P。 (5)

以上联立可解得:

A中气体的体积变化,

△V ₁= V ₁ -V ₁"=(T ₁ V₂)/ T₂

A内活塞D移动的距离

X=△V ₁/S

代入数据可解得:

X=22.5厘米

解法二:

将A中的气体可以为两部,K阀门未打开后,一部分在A容器中保持不变,另一部分进入到B容器中,如果能求出B容器中气体在A容器状态时的体积,也就是A容器中减少的体积,再除上A的横截面积S,就求出来了A内活塞D移动的距离X

对B中的气体,前后两种状态,压强相等,

V ₂/T ₂=V₂"/T₁

代入数据:

V ₂=3升

T ₂=400开

T₁=300开

得V₂"=2.25升

X=△V ₁/S

= V₂"/S

=22.5厘米

在具体的问题中,是用克拉珀龙方程还是将变化的质量转成不变的质量来分析,需要具体情况具体分析,关键是要学会这几种分析气体质量变化时的思维方式,归纳起来就是:

(1)从总体积和分体积变化考虑;

(2)从总压强和分压强变化考虑;

(3)从总质量和分质量变化考虑。

问题就会有迎刃而解了!

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