活塞類問題的解法:
1.一般思路 (1)分析題意,確定對象:熱學(xué)研究對象(一定質(zhì)量的氣體);力學(xué)研究對象(活塞、缸體或系統(tǒng))。 (2)分析物理過程,對熱學(xué)對象依據(jù)氣體實(shí)驗(yàn)定律列方程;對力學(xué)對象依據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程。 (3)挖掘隱含條件,列輔助方程。 (4)聯(lián)立求解,檢驗(yàn)結(jié)果。 2.常見類型 (1)系統(tǒng)處于力學(xué)的平衡狀態(tài),綜合利用氣體實(shí)驗(yàn)定律和平衡方程求解。 (2)系統(tǒng)處于力學(xué)的非平衡狀態(tài),綜合利用氣體實(shí)驗(yàn)定律和牛頓運(yùn)動(dòng)定律求解。 (3)容器與封閉氣體相互作用滿足守恒定律的條件(如動(dòng)量守恒、能量守恒、質(zhì)量守恒等)時(shí),可聯(lián)立相應(yīng)的守恒方程求解。 (4)多個(gè)相互關(guān)聯(lián)的氣缸分別密閉幾部分氣體時(shí),可分別研究各部分氣體,找出它們各自遵循的規(guī)律,列出相應(yīng)的氣體狀態(tài)方程,再列出各部分氣體壓強(qiáng)之間及體積之問的關(guān)系式,聯(lián)立求解。變質(zhì)量氣體問題的處理方法:氣體三定律與氣體的狀態(tài)方程都強(qiáng)調(diào)“一定質(zhì)量的某種氣體”,即氣體狀態(tài)變化時(shí),氣體的質(zhì)量不能變。用氣體三定律與氣體狀態(tài)方程研究變質(zhì)量氣體問題時(shí)有多種不同的處理方法。 (1)口袋法:給初狀態(tài)或者末狀態(tài)補(bǔ)接一個(gè)口袋,把變化的氣體用口袋收集起來,從而保證質(zhì)量不變。 (2)隔離法:對變化部分和不變部分隔離.只對不變部分進(jìn)行研究,從而實(shí)現(xiàn)被研究的氣體質(zhì)量不變。 (3)比較常數(shù)法:氣體常數(shù)與氣體質(zhì)量有關(guān),質(zhì)量變化,氣體常數(shù)變化;質(zhì)量不變,氣體常數(shù)不變。根據(jù)各個(gè)狀態(tài)的已知狀態(tài)參量計(jì)算出各個(gè)狀態(tài)下的氣體常數(shù)C,然后進(jìn)行比較。 (4)利用推論法:氣體的密度方程不要求質(zhì)量恒定,可由此得到相應(yīng)狀態(tài)的密度,再結(jié)合體積等解決問題。也可利用分壓定律來研究變質(zhì)量氣體的問題。具體來說,有以下四種典型的情景,可以通過選擇適當(dāng)?shù)膶ο蠡冑|(zhì)量為定質(zhì)量: ①充氣問題向球、輪胎中充氣是一個(gè)典型的氣體變質(zhì)量問題,只要選擇球內(nèi)原有氣體和即將打入的氣體作為研究對象,就可把充氣過程中的氣體質(zhì)量變化問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量氣體的狀態(tài)變化問題。 ②抽氣問題從容器內(nèi)抽氣的過程中,容器內(nèi)的氣體質(zhì)量不斷減小,這屬于變質(zhì)量問題。分析時(shí),將每次抽氣過程中抽出的氣體和剩余氣體看成整體來作為研究對象,質(zhì)量不變,抽氣過程中的氣體可看成是等溫膨脹過程。 ③灌氣問題將一個(gè)大容器里的氣體分裝到多個(gè)小容器中的問題也是一個(gè)典型的變質(zhì)量問題。分析這類問題時(shí),可以把大容器中的氣體和多個(gè)小容器中的氣體看成整體來作為研究對象,將變質(zhì)量問題轉(zhuǎn)化為定質(zhì)量問題。 ④漏氣問題容器漏氣過程中氣體的質(zhì)量不斷發(fā)生變化,屬于變質(zhì)量問題,不能用理想氣體狀態(tài)方程求解。如果選容器內(nèi)剩余氣體為研究對象,便可使問題變成一定質(zhì)量的氣體狀態(tài)變化,可用理想氣體狀態(tài)方程求解。
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