(二)被封闭的气体的压强
在应用气体定律和气态方程解题时,往往要选择被封闭的气体为研究对象,正确求解气体的压强是解题的关键.被封闭的气体压强的计算一般有以下几种方法.
1、利用连通器原理.连通器原理告诉我们:在同种液体中同一水平面上的各点压强都相等.当管内液面低于管外液面时(如图所示),设大气压强为p0,管内液体与管外液体便构成了一个连通器,在同一水平面上分别取两点A、B,故p A=p B,由于p A=p o+ρ液gh,而且p气=p B,故有p气=P O-ρ液gh.
当管内液面高于管外液面时(如图所示),分析方法与上述相同,容易得到:p气=P O-ρ液gh.
例1、如图所示,U型管左端有一段被封闭的气体A,右端也有一段被封闭的同样的气体B,它们均被水银所封闭,其余尺寸如图所示,单位为cm,设大气压为p0.求:被封闭的气体A和B的压强.
2、利用静力平衡原理
如果气体被液体或其它物体所封闭.且处于平衡状态.可以利用力的平衡原理求解.
要注意(l)在进行压强的加减运算时,一定要注意压强单位的统一;
(2)静力平衡法只适用于热学系统处于静止或匀速运动状态封闭气体压强的计算.
例2、汽缸截面积为S,质量为m的梯形活塞上面是水平的,下面倾角为α,如图所示。
当活塞上放质量为M的重物而处于静止.设外部大气压为P0,若活塞与缸壁之间无摩擦.求汽缸中气体的压强?
1. 一端封闭一端开口,内径均匀的直玻璃管注入一段60mm的水银柱,当管水平放置达到平衡时,闭端空气柱长140mm,开口端空气柱长140mm,如图7-16所示。
若将管轻轻倒转后再竖直插入水银槽内,
达到平衡时,管中封闭端空气柱A长133mm,如图7-17所示(设大气压强为1.01325×105Pa(760mmHg),温度保持不变),求槽中水银进入管中的长度H=?
2.如图(a)所示,长为L=75cm的粗细均匀、一端开口一端封闭的玻璃管,内有长度为d=25cm 的汞柱.当开口向上竖直放置、管内空气温度为27ºC时,封闭端内空气柱的长度为36cm.外界大气压为75cmHg不变.(1) 现以玻璃管的封闭端为轴,使它做顺时针转动,当此玻璃管转到水平方向时,如图(b)所示,要使管内空气柱的长度变为45cm,管内空气的温度应变为多少摄氏度? (2)让气体的温度恢复到27ºC,继续以玻璃管封闭端为轴顺时针缓缓地转动玻璃管,当开口向下,玻璃管与水平面的夹角θ=30º,停止转动如图(C)所示。
此时再升高温度,要使管内汞柱下表面恰好移动到与管口齐平,则温度又应变为多少摄氏度?
3.如图所示,一竖直放置的、长为L的细管下端封闭,上端与大气(视为理想气体)相通,初始时管内气体温度为。
现用一段水银柱从管口开始注入管内将气柱封闭,该过程中气体温度保持不变且没有气体漏出,平衡后管内上下两部分气柱长度比为l∶3。
若将管内下部气体温度降至,在保持温度不变的条件下将管倒置,平衡后水银柱下端与管下端刚好平齐(没有
水银漏出)。
已知,大气压强,重力加速度为g。
求水银柱的长度h和水银的密度
4..如图所示,一定质量的理想气体被水银柱封闭在竖直玻璃管内,气柱长度为h。
现继续向管内缓
慢地添加部分水银,水银添加完时,气柱长度变为。
再取相同质量的水银缓慢地添加在管内。
外界大气压强
保持不变。
①求第二次水银添加完时气柱的长度。
②若第二次水银添加完时气体温度为T0,现使气体温度缓慢升高,求气柱长度恢复到原来长度h时气体的温
度。
7.(2012·上海青浦区高三期末)一端开口的U形管内由水银柱封有一段空气柱,大气压强为76cmHg,当气体温度为27℃时空气柱长为8cm,开口端水银面比封闭端水银面低2cm, 如下图所示,求
(1)当气体温度上升到多少℃时,空气柱长为10cm?
(2)若保持温度为27℃不变,在开口端加入多长的水银柱能使空气柱长为6cm?
6.(2012·上海金山区高二期末)如图所示,固定的绝热气缸内有一质量为m的“T”型绝热活塞(体积可忽略),距气缸底部h0处连接一U形管(管内气体的体积忽略不计)。
初始时,封闭气体温度为T0,活塞距离气缸底部为1.5h0,两边水银柱存在高度差。
已知水银的密度为ρ,大气压强为p0,气缸横截面积为s,活塞竖直部分长为1.2h0,重力加速度为g。
试问:
(1)初始时,水银柱两液面高度差多大? (2)缓慢降低气体温度,两水银面相平时温度是多少?。