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封闭气体压强计算方法总结85579

ps p 0s
N
81cmHg
10
P= 30
(4) 10
N ps
p 0s P= 37
(5) 70cmHg
76cmHg
10 (2) ps
p 0s mg
N 10
P= (1)
p 0s
ps
mg
10cm
66cmHg
mg ps
p 0s
(3) P= 规律方法 一、气体压强的计算 1.气体压强的特点
(1)气体自重产生的压强一般很小,可以忽略.但大气压强P 0却是一个较大的数值(大气层重力产生),不能忽略.
(2)密闭气体对外加压强的传递遵守帕斯卡定律,即外加压强由气体按照原来的大小向各个方向传递. 2.静止或匀速运动系统中封闭气体压强的确定 (1)液体封闭的气体的压强
① 平衡法:选与气体接触的液柱为研究对象,进行受力分析,利用它的受力平衡,求出气体的压强. ②
例1、如图,玻璃管中灌有水银,管壁摩擦不计,设p 0=76cmHg,求封闭气体的压强(单位:cm 解析:本题可用静力平衡解决.以图(2)为例求解
取水银柱
为研究对
象,进行受力分析,列平衡方程得Ps= P 0S +mg ;所以p= P 0S 十ρghS ,所以P =P 0十ρgh (Pa )或P =P 0+h (cmHg ) 答案:P =P 0十ρgh (Pa )或P =P 0+ h (cmHg ) 解(4):对水银柱受力分析(如右图) 沿试管方向由平衡条件可得: pS=p 0S+mgSin30°
P=S
ghS S P 0030sin ρ+=p 0+ρhgSin30°=76+10Sin30°(cmHg) =76+5 (cmHg) =81 (cmHg)
点评:此题虽为热学问题,但典型地体现了力学方法,即:选研究对象,进行受力分析,列方程. 拓展:
10
300
N
mg
PS
P 0S
h 1Δh
h 2
B
A
10
(1) P=86cmHg
p 0
p h p
(2) P=66cmHg
10 A A
p
p h
p 0
96
10
20
P=______cmHg
(3) P 0+h 2 P 0+h 2-h 1 p A =_________ A
B
h 1 h 2 (4)
p B =_________
l 1 l 2
C
h 4
h 3
A
【例2】在竖直放置的U 形管内由密度为ρ的两部分液体封闭着两段空气柱.大气压强为P 0,各部尺寸如图所示.求A 、B 气体的压强.
求p A :取液柱h 1为研究对象,设管截面积为S ,大气压力和液柱重力向下,A 气体压力向上,液柱h 1静止,则 P 0S +ρgh 1S=P A S
所以 P A =P 0+ρgh 1
求 p B :取液柱h 2为研究对象,由于h 2的下端以下液体的对称性,下端液体自重产生的任强可不考虑,A 气体压强由液体传递后对h 2的压力向上,B 气体压力、液柱h 2重力向下,液往平衡,则P B S +ρgh 2S=P A S 所以 P B =P 0+ρgh 1一ρgh 2
熟练后,可直接由压强平衡关系写出待测压强,不一定非要从力的平衡方程式找起. 小结:受力分析:对液柱或固体进行受力分析,当物体平衡时: 利用F 合=0,求p 气
注意: (1)正确选取研究对象(2)正确受力分析,别漏画大气压力
③ 取等压面法:根据同种液体在同一水平液面压强相等,在连通器内灵活选取等压面,由两侧压强相等建立方程求出压强,仍以图7-3为例:求p B 从A 气体下端面作等压面,则有P B 十ρgh 2=P A =P 0+ρgh 1,所以P B =P 0+ρgh 1一ρgh 2.
例3、如图,U 型玻璃管中灌有水银.求封闭气体的压强.设大气压强为P 0cm )
解析:本题可用取等压面的方法解
决.
液面A 和气体
液面等高,故两液面的压强相等, 则中气体压强:p =p A = P 0+h (cmHg ). 答案:P= P 0+h
点评:本题事实上是选取A 以上的水银柱为研究对象,进行受力分析,列平衡方程求出的关系式:P 0+h =P A . 拓展:
小结:取等压面法:根据同种不间断液体在同一水平面压强相等的“连通器原理”,选取恰当的等压面,列压强平衡方程求气体的压强. 选取等压面时要注意,等压面下一定要是同种液体,否则就没有压强相等的关系.
(2)固体(活塞或气缸)封闭的气体的压强
由于该固体必定受到被封闭气体的压力,所以可通过对该固体进行受力分析,由平衡条件建立方程,来找出气体压强与其它各力的关系.
例4:下图中气缸的质量均为M,气缸内部的横截面积为S,气缸内壁摩擦不计.活塞质量为m,求封闭气体的压强(设大气压强为p 0)
解析:此问题中的活塞和气缸均处于平衡状态.当以活塞为研究对象,受力分析如图甲所示,由平衡条件得 pS 气缸受力时,要特别注意大气压
=(m 0+m )g +P 0S ;P= p=P 0+(m 0+m )g/S 在分析活塞、力,何时必须考虑,何时可不考虑.
(3).活塞下表面与水平面成θ角解:对活塞受分析如图 由竖直方向合力为零可得: p 0S+mg=pS’cos θ S’cos θ=S ∴ p=P 0+mg/S 拓展:
3.加
速运动系统中封闭气体压强的确定
常从两处入手:一对气体,考虑用气体定律确定,二是选与气体接触的液柱或活塞等为研究对象,受力分析,利用牛顿第二定律解出.具体问题中常把二者结合起来,建立方程组联立求解.
θ
p 0S
pS’ mg N
m 0
(1)
P= P 0+(m 0+m)g/s ___________
(2)
m 0
P= P 0-(m 0+m)g/s
pS N
p 0S
mg
p 0S
T
mg pS
P 0
p
θ
P 0 p
P B p A
P B
p A
A
B
A
B
(1)试管绕轴以角速度ω匀速转动
解: 对水银柱受力分析如图
由牛顿第二定律得:PS -P 0S=m ω2 r , 其中m=ρSh
由几何知识得:r=d -h/2解得P=P 0+ρh ω2(d -h/2)
(2) 试管随小车一起以加速度a 向右运动
解: 对水银柱受力分析如图由牛顿第二定律得:PS -p 0S=ma m=ρSh 解得:p=p 0+ρah
(3)气缸和活塞在F 作用下沿光滑的水平面一起向右加速运动
解:对整体水平方向应用牛顿第二定律:
F=(m+M )a
对活塞受力分析如图:由牛顿第二定律得: F+PS -P 0S=ma ②由①②两式可得: P=P 0-
()S
M m MF
+
拓展:
小 结:当物体做变速运动时:利用牛顿运动定律列方程来求气体的压强利用F 合=ma,求p 气。

总结:计算气缸内封闭气体的压强时,一般取活塞为研究对象进行受力分析.但有时也要以气缸或整体为研究对象.所以解题时要灵活选取研究对象
pS
0S
mg
N
p 0
三.课堂小结
1、气体的状态参量:①温度T;②体积V;③压强p
2、确定气体压强的方法:①受力分析法;②取等压面法;③牛顿定律法。

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