【预习反馈】
(1)玻意耳定律是英国科学家玻意耳和法国科学家马略特各自通过实验发现的。(✓)
(2)公式pV=C中的C是常量,指当p、V变化时C的值不变。(×)
(3)对于温度不同、质量不同、种类不同的气体,C值是相同。(×)
(4)在探究气体的等温变化实验中空气柱体积变化快慢对实验没有影响。(×)
(5)气体等温变化的p-V图象是一条倾斜的直线。(×)
【选一选】
在下列各图中,表示压强,V表示体积,T为热力学温度,在图中能正确描述一定质量的气体不是等温变化的是(ABC)
【想一想】
借助铅笔,把气球塞进一只瓶子里,并拉大气球的吹气口,反扣在瓶口上,如图所示,然后给气球吹气,无论怎么吹,气球不过大了一点,想把气球吹大,非常困难,为什么?
解:由题意,“吹气口反扣在瓶口上”可知瓶内封闭着一定质量的空气,当气球稍大时,瓶内空气的体积缩小,根据气体压强、体积的关系,空气压强增大,阻碍了气球的膨胀,因而再要吹大气球是很困难的。
一、封闭气体压强的计算
【思考讨论】
例题:如图所示,玻璃管中都灌有水银,且水银柱都处在平衡状态,大气压相当于76cm高的水银柱产生的压强。
(1)静止或匀速运动系统中气体的压强,一般采用什么方法求解?
(2)图中被封闭气体A的压强各是多少?
解:(1)选择封闭气体接触的液柱(或活塞、气缸)为研究对象进行受力分析,列出平衡方程求解气体压强;
(2)①水银柱受内外气体的压力而平衡,故:p₁+ρgh=p₀,故p₁=71cmHg;
②闭气体压强小于大气压强,故气体压强为:
p₂=p₀-ρgh=76cmHg-10cmHg=66cmHg;
③闭气体压强大于大气压强,水银柱的竖直高度为h=10 cmxsin30°=5cm,气体压强为:p₃=p₀+ρgh=76cmHg+5cmHg=81cmHg;
④对于A部分气体压强为:pA=p₀-ρgh=76cmHg-5cmHg=71cmHg;
对于B部分气体压强,由图可得知,要比A部分的压强小,pB=pA-ρgh=71cmHg-5cmHg=66cmHg。
【旧纳总结】
1.容器静止时求封闭气体的压强
(1)求由液体封闭的气体压强,应选择最低液面(液面本身不计重力)列压强平衡方程。
(2)在考虑与气体接触的液柱所产生的附加压强时,应特别注意液柱产生的压强ρgh中的h是表示竖直高度(不是倾斜长度)。
(3)连通器原理:在连通器中同一液体(中间液体不间断的同一水平液面上压强是相等的。
(4)帕斯卡原理:液体会传递压强。
(5)求由固体封闭(如气缸或活塞封闭)气体的压强,应对此固体(气缸或活塞)进行受力分析,列合力平衡方程。
2.容器加速时求封闭气体的压强
恰当地选择研究对象,进行受力分析,然后依据牛顿第二定律列式求封闭气体的压强,把求解压强问题转化为动力学问题求解。
【典例剖析】
例题:如图所示,
一个横截面积为S的圆筒形容器竖直放置,金属圆板的上表面是水平的,下表面是倾斜的,下表面与水平面的夹角为θ,圆板的质量为M,不计圆板与容器内壁的摩擦.若大气压强为P₀,则被圆板封闭在容器中的气体的压强等于(D)
【对点训练】
例题:如图所示
的是医院用于静脉滴注的装置示意图,倒置的输液瓶上方有一气室A,密封的瓶口处的软木塞上插有两根细管,其中a管与大气相通,b管为输液软管,中间又有一气室B,而其c端则通过针头接人体静脉。
(1)若气室A、B中的压强分别为pA、PB,则它们与外界大气压强p₀,间的大小关系应为
pB>p₀>pA
(2)当输液瓶悬挂高度与输液软管内径确定的情况下,药液滴注的速度是恒定。(填“越滴越快”“越滴越慢”或“恒定”)
【思考讨论】
在一个恒温池中,一串串气泡由池底慢慢升到水面,有趣的是气泡在上升过程中,体积逐渐变大,到水面时就会破裂。
请思考:
(1)上升过程中,气泡内气体的温度发生改变吗?
(2)上升过程中,气泡内气体的压强怎么改变?
(3)气泡在上升过程中体积为何会变化?
解:(1)因为在恒温池中,所以气泡内气体的温度保持不变;
(2)变小;
(3)气体发生等温变化,根据pV=C可知体积增大,压强变小。
例题:各种卡通形状的氢气球,受到孩子们的喜欢,特别是年幼的小孩。小孩一不小心松手,氢气球会飞向天空,上升到一定高度会胀破,是因为()
A.球内氢气温度升高
B.球内氢气压强增大
C.球外空气压强减小
D.以上说法均不正确
解:(C)以球内气体为研究对象,气球上升时,由于高空处空气稀薄,球外气体的压强减小,球内气体要膨胀,到一定程度时,气球就会胀破。
【典例剖析】
例题:农村常用来喷射农药的压缩喷雾器的结构如图所示,
A的容积为7.5L,装入药液后,药液上方气体的体积为1.5L,关闭阀门K,用打气筒B每次打进1X10⁵Pa的空气250cm³。(设温度恒定)求:
(1)要使药液上方气体的压强为4X10⁵Pa,打气筒应打几次?
(2)当A中有4X10⁵Pa的空气后,打开阀门K可喷射药液,直到不能喷射时,喷射器剩余多少体积的药液?
方法一:收集法
方法二:求物质的量
n=pV/RT
n₁=p₁V₁/RT
n₂=Np₂V₂/RT
n=pV/RT
n=n₁ n₂
解得:N=18
方法三:道尔顿分压定律
原药液上方气体状态参量(体积、温度)未发生变化,所以压强也没有变化。
P=P₁ P₂
☞对于混合气体(变质量)问题,常用三种方法:
①收集法,虚拟一个等温或者等压过程;
②还可以用理想气体状态方程求解物质的量,更加简洁明了。
③道尔顿分压定律:混合气体的总压强等于各种气体压强之和,即使P=P₁ P₂ …
例题:如图所示,
某种自动洗衣机进水压力传感器时,与洗衣缸相连的细管中会封闭一定质量的空气,通过压力传洗衣缸感器感知管中的空气压力,从而控制进水量.设温度不变,洗衣缸内水位升高,则细管中被封闭的空气(B)
A.体积不变,压强变小
B.体积变小,压强变大
C.体积不变,压强变大
D.体积变小,压强变小
例题:钢瓶中装有一定质量的气体,现在用两种方法抽钢瓶中的气体:第一种方法是用小抽气机,每次抽出1L气体,共抽取三次;第二种方法是用大抽气机,一次抽取3L气体。这两种抽法中,抽取气体质量较大的是()。
A.第一种抽法
B.第二种抽法
C.两种抽法抽出的气体质量一样大
D.无法判定
例题:容积为20L的钢瓶内,贮有压强为1.5×10⁷Pa的氧气。打开钢瓶的阀门,让氧气分装到容积为5L的氧气袋中(袋都是真空的),充气后的氧气袋中氧气压强都是1.0×10⁶Pa,设充气过程不漏气,环境温度不变,则这瓶氧气最多可分装()
A.60袋
B.56袋
C.50袋
D.40袋
【归纳总结】
利用玻意耳定律解题的基本思路
(1)明确研究对象
根据题意确定所研究的气体,质量不变,温度不变,有时气体的质量发生变化时,需通过设想,把变质量转化为定质量,才能应用玻意耳定律。
(2)明确状态参量
即找出气体状态变化前后的两组p、V值。
(3)列方程、求解
因为是比例式,计算中只需使相应量(P₁、P₂及V₁、V₂)的单位统一,不一定用国际单位制的单位。
(4)检验结果,在等温变化中,有时列方程求解会得到两个结果,应通过合理性的检验决定取舍。
例题:如图是气压式保温瓶的原理图,保温瓶内水面与出水口的高度差为h,瓶内密封空气体积为V,设水的密度为ρ,大气压强为p₀,欲使水从出水口流出,瓶内空气压缩量△V至少为多少?(设瓶内弯曲管的体积不计,压缩前水面以上管内无水,温度保持不变,各物理量的单位均为国际单位)
例题:如图所示,
一轻弹簧上面链接一轻质光滑导热活塞,活塞面积为S,弹簧劲度系数为k,一质量为m的光滑导热气缸开始与活寨恰好无缝衔接,气缸只在重力作用下下降直至最终稳定,气缸未接触地面,且弹簧仍处于弹性限度内,环境温度未发生变化,气缸壁与活塞无摩擦且不漏气,气缸深度为h,外界大气压强为p₀,重力加速度为g,求:
(i)稳定时,气缸内封闭气体的压强;
(ii)整个过程气缸下降的距离.
例题:如图所示,内径均匀、两端开口的V形管,B支管竖直插入水银槽中,A支管与B支管之间的夹角为θ,A支管中有一段长为h的水银柱保持静止,下列说法中正确的是(BD)
A.B管内水银面比管外水银面高h
B.B管内水银面比管外水银面高hcosθ
C.B管内水银面比管外水银面低hcosθ
D.管内封闭气体的压强比大气压强小hcosθ
例题:十一黄金周期间,青岛海洋极地馆向游客献上了一次精彩大戏一双人双鲸“海洋之心”表演(如图)。据了解,这种表演在世界上尚属首次。在表演“海洋之心”之余,可爱的极地白鲸近日还学会了一项新本领一向观众吐泡泡,据工作人员介绍,每次驯养师背着氧气瓶训练白鲸时,白鲸总是对驯养师身上的氧气瓶格外好奇,于是驯养师就把呼吸嘴放入白鲸口中,白鲸吸几口后,就顽皮地吐起了泡泡。假设驯养师携带的氧气瓶的容积是12L,其中氧气的压强是1.5×10⁷Pa.规定瓶内氧气压强降到1.0×10⁶Pa时就要重新充氧。如果驯养师每次表演时需要用1×10⁵Pa的氧气400L,那么一瓶氧气驯养师可以用几次?假定在使用过程中温度不变。
例题:如图所示,一试管开口朝下插入盛水的广口瓶中,在某一深度静止时,管内有一定的空气。若向广口瓶中缓慢倒入一些水,则下列说法正确的是()
A.试管将加速上浮
B.试管将加速下沉
C.试管将保持静止
D.试管将以原静止位置为平衡位置上下振动
例题:一种水下重物打捞方法的工作原理如图所示.将一质量M=3×10³kg、体积V₀=0.5m³的重物捆绑在开口朝下的浮筒上.向浮筒内充入一定质量的气体,开始时筒内液面到水面的距离h₁=40m,筒内气体体积V₁=1m³.在拉力作用下浮筒缓慢上升,当筒内液面到水面的距离为h₂时,拉力减为零,此时气体体积为V₂,随后浮筒和重物自动上浮.已知大气压强P₀=1×10⁵Pa,水的密度ρ=1×10³kg/m³,重力加速度的大小g=10m/s².不计水温变化,筒内气体质量不变且可视为理想气体,浮筒质量和筒壁厚度可忽略.求V₂和h₂.
例题:今有一质量为M的气缸,用质量为m的活塞封有一定质量的理想气体,当气缸水平横放时,空气柱长为L₀(如图甲所示),若气缸按如图乙悬挂保持静止时,求气柱长度为多少?已知大气压强为p₀,活塞的横截面积为S,它与气缸之间无摩擦且不漏气,且气体温度保持不变。
例题:采用验证玻意耳定律实验的主要器材针管及其附件来测定大气压强的值,实验步骤如下:
(1)将针管水平固定,拔下橡皮帽,向右将活塞从针管中抽出.
(2)用天平称出活塞与固定在其上的支架的总质量为M.
(3)用游标卡尺测出活塞直径d.
(4)再将活塞插入针管中,保持针管中有一定质量的气体,并盖上橡皮帽,此时,从针管上可读出气柱体积为V₁,如图所示.
(5)将弹簧测力计挂钩钩在活塞支架上,向右水平缓慢拉动活塞到一定位置,此时,弹簧测力计读数为F,气柱体积为V₂.
试用以上的直接测量数据,写出大气压强的最终表达式p₀=___,本实验中第____实验步骤是多余的.
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