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- 2021-06-02 发布
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第10点 气体实验三定律的比较
定律名称
玻意耳定律
查理定律
盖吕萨克定律
控制变量
质量一定
温度不变
质量一定
体积不变
质量一定
压强不变
研究变量
压强与体积
压强与温度
体积与温度
变量关系
成反比
成正比
成正比
公式表达
pV=常量
p1V1=p2V2
=常量
=
=常量
=
图像表达
说明:(1)三定律的实验条件都要求压强不太大,温度不太低;(2)查理定律和盖吕萨克定律中的温度必须使用热力学温度.
对点例题 长为100 cm的内径均匀的细玻璃管,一端封闭,一端开口,当开口竖直向上时,用20 cm水银柱封住l1=49 cm长的空气柱,如图1所示,当开口竖直向下时(设当时大气压强为76 cmHg),管内被封闭的空气柱长为多少?
图1
解题指导 设玻璃管的横截面积为S,初状态:
p1=(76+20) cmHg,V1=l1S
设末状态时(管口向下)无水银溢出,管内被封闭的空气柱长为l2
p2=(76-20) cmHg,V2=l2S
根据玻意耳定律有:p1V1=p2V2,解得:l2=84 cm.
因84 cm+20 cm=104 cm>100 cm(管长),这说明水银将要溢出一部分,原假设的末状态时(管口向下)无水银溢出不合理,求出的结果是错误的,故必须重新计算.
设末状态管内剩余的水银柱长为x,则:
p2=(76-x) cmHg,V2=(100-x)S
根据玻意耳定律p1V1=p2V2
得:(76+20)×49S=(76-x)(100-x)S,
即:x2+176x+2 896=0,
解得:x=18.4 cm,x′=157.6 cm(舍去)
所求空气柱长度为:100-x=81.6 cm.
答案 81.6 cm
易错辨析 (1)解物理题一定要注意分析讨论答案的合理性,否则像本题若求出空气柱长84 cm后,就草草收场,必然导致错误结果.
(2)要注意挖掘题目中物理过程的多种可能性,对存在多种可能性的问题,求解时可假设一种情况进行推理论证.
1.如图2所示,上端开口的圆柱形汽缸竖直放置,截面积为0.2 m2的活塞将一定质量的气体和一形状不规则的固体A封闭在汽缸内,温度为300 K时,活塞离汽缸底部的高度为0.6 m;将气体加热到330 K时,活塞上升了0.05 m,不计摩擦及固体体积的变化,求物体A的体积.
图2
答案 0.02 m3
解析 设固体A的体积为V,由于T1=300 K,T2=330 K,S=0.2 m2,h1=0.6 m,h2=(0.6+0.05) m=0.65 m.
由等压变化得:=
所以V=S
=×0.2 m3=0.02 m3
2.如图3所示,圆柱形汽缸倒置在水平粗糙地面上,汽缸内被活塞封闭有一定质量的空气.汽缸质量为M=10 kg,缸壁厚度不计,活塞质量m=5.0 kg,其圆面积S=50 cm2,与缸壁摩擦不计.在缸内气体温度为27 °C时,活塞刚好与地面接触并对地面恰好无压力.现设法使缸内气体温度升高,问当缸内气体温度升高到多少摄氏度时,汽缸对地面恰好无压力?(大气压强p0=105 Pa,g取10 m/s2)
图3
答案 127 °C
解析 当温度T1=(273+27) K=300 K时,活塞对地面无压力,列平衡方程:p1S+mg=p0S,
解得p1=p0-=105 Pa- Pa=0.9×105 Pa.
若温度升高,气体压强增大,汽缸恰好对地面无压力时,列平衡方程:p2S=p0S+Mg,
解得p2=p0+Mg/S=105 Pa+ Pa
=1.2×105 Pa.
根据查理定律:=,=,
解得t=127 °C.