高中物理复习气体教学中的动态问题精析

气体教学中的动态问题精析周 峰（江苏省盱眙县马坝高级中学 211751）一、玻璃管上提、下压或倾斜Hh【例1】如图所示，开口向下并插入水银槽中的粗细均匀的玻璃管内封闭着长为H的空气柱，管内水银柱高h ，若将玻璃管竖直向上缓慢地提起（管下端未离开槽内水银面），则H和h的变化情况为（ ）A.H和h都增大 B.H和h都减小 C.H减小,h增大 D.H增大,h减小分析与解:思路一：假设管内水银柱高度不变由于水银柱的高度不变，封闭空气柱变长，根据玻意耳定律空气柱压强变小，在外力推动下水银柱上移（即h增大）。由于水银柱上移，封闭空气压强(p=p0ph)变小，根据玻意耳定律封闭空气柱长度H增大。思路二：假设管内封闭空气柱长度不变 由于管内封闭空气柱长度不变，根据玻意耳定律，空气柱压强不变，水银柱高度增加，受力分析可知水银柱下移，空气柱长度H增大。由于封闭空气柱变长，根据玻意耳定律压强减小，水银柱高度h增大。Lh【例2】如图所示，一端封闭的玻璃管开口向下竖直插入水银槽中，管的上部封有部分空气，玻璃管露出槽中水银面的长度为L，两水银面的高度差为h，现保持L不变，使玻璃管向右转过一个小角度，则（ ）A.h将增大 B.h将减小 C.h不变 D.空气柱的长度会增大分析与解：思路一：假设管内水银高度不变 由于水银柱的高度不变，长度增加，封闭空气柱变短，根据玻意耳定律空气柱压强增大，受力分析知，水银柱下移，高度h减小（这里对水银柱受力分析，然后将重力沿垂直和平行于管方向分解，可知平行于管的那个分力只与水银柱的高度有关，读者不妨试试看）。由于水银柱高度减小，空气柱压强(p=p0ph)增加，根据玻意耳定律空气柱的长度减小。思路二：假设封闭空气柱长度不变（或管内水银柱长度不变）由于封闭空气柱长度不变，根据玻意耳定律，空气柱压强不变，水银柱长度不变，高度减小，受力分析可知，水银柱上移，空气柱长度减小。由于空气柱变短，根据玻意耳定律压强增大，水银柱高度h减小。思路三：极限法假设管变至水平，则封闭空气柱压强变大，根据玻意耳定律，空气柱变短，显然高度减小了。我们在使用假设法时，思路一定要清晰，要能够从假设出发得出矛盾，进而得出正确情况，再由正确情况向下推导，同时注意不要本末倒置。（当然这类问题读者可自己总结出一些结论，如水银柱的高度与气柱长度同增同减等）二、给气体升高或降低温度【例3】如图所示，两端封闭的粗细均匀的、竖直放置的玻璃管内有一长为h的水银柱，将管内气体分为两部分，已知l2=2l1，开始两部分气体温度相同，若使两部分气体同时降低相同的温度，管内水银柱将如何运动？l2l1h分析与解：思路一：假设法，假设水银柱不动，两部分气体均作等容变化，设开始时气体温度为T0，压强为p1和p2，降低温度T，降温后为T1和T2，压强为p1和p2，压强减少量为p1和p2，分别对两部分气体应用查理定律： 对上段l1：p1/ T0 = p1/ T1 =p1/T p1= p1T / T0 对下段l2：p2/ T0 = p2/ T2 =p2/T p2= p2T / T0pl1l2Op1p2因为p1p2，故有p1p2 ，即F1F2水银柱下移（值得读者注意的是：这里最根本的是受力，而并非压强）思路二：图象法，在同一p-T图上画出两段气柱的等容线， 如右图（因在温度相同时p1p2，得气柱l1等容线的斜率较小）。由图线可知当两气柱降低相同的温度时，其压强减少量 p1p2 ，故F1F2，水银柱下移。思路三：极限法，由于p1较小，设想p1=0，上段l1为真空，降低温度时p2减小，即F2减小，水银柱下移。ABllabc【例4】如图，A、B两个气缸共用一个T形活塞，活塞两端截面积之比SA:SB=1:10，初始时，a、b、c三个孔均与大气相通，活塞端面与两气缸底部均相距lm，环境温度为T，现用细管（其容积不计）把a、b两孔相连，整个装置加热到T，容积的热胀冷缩不计，活塞与缸壁间无摩擦，求：加热过程中活塞向哪个方向移动？分析与解：加热过程左右两边封闭的气体的压强始终相同，假设活塞不移动，则可得出升温后它们增加的压强也相同（方法同例3中假设法）。但是，由于封闭两部分气体的活塞横截面不同SASB，故增加的力F右F左，活塞向右移动。三、运动状态和放置方式的改变a b cglaglblc【例5】如图所示，a、b、c三根完全相同的玻璃管，一端封闭，管内各用相同长度的一段水银柱封闭了质量相等的空气，a管竖直向下做自由落体运动，b管竖直向上做加速度为的匀加速运动，c管沿倾角为450的光滑斜面下滑。若空气温度始终不变，当水银柱相对管壁静止时，a、b、c三管内的空气柱长度的关系为（ ）A.Lb=Lc=La B.LbLcLcLa D.Lbp0，所以三管内气柱的长度关系为la=lclb。 气体中的动态问题种类繁多，且变化多样，但只要我们能熟练掌握以上几种常见情况的分析方法，便可“化险为夷”。 发数理化学习2003年第11期练习：h1、如图所示，一端封闭粗细均匀的玻璃管开口向下坚直插入水银槽中，这时管中水银面比槽中水银面高40cm.现保持管的封闭端的高度不变而使管倾斜，并使温度保持不变，则下列说法中正确的是（ ）A.管内水银面降低，空气柱长度变长B.管内水银面高度不变，管内空气柱长度变长 C.管内水银面升高，空气柱长度变短D.管内水银面升高，空气柱长度变长2、如图所示，左右两容器容积相同，装有同种气体，连通两容器的水平细管中部有一段水银柱，在图示温度下，管中水银柱静止不动，如果使两容器中气体温度同时升高100C，那么水银柱将（ ）A.向左移动 B.向右移动 C.不动 D.无法判断hab3、两端封闭的等臂U形管中，两边的空气柱a和b被水银柱隔开。当U形管竖直放置时，两空气柱的长度差为h,如图所示。现将这个管平放，使两臂位于同一水平面上，稳定后两空气柱的长度差为L，若温度不变，则（ ）A.Lh B.L=h C.L=0 D.LmA。不计活塞和滑轮系统的摩擦，当它们的温度均升高后，则（ ）A.mB下降的高度比mA大 B.mB下降的高度比mA小C.mA与mB下降的高度相同 D.A和B两气缸内气体的压强不变AB5、如图所示，粗细均匀的玻璃管，两端封闭，中间一