變質量氣體問題處理方法例談

◇ 山東 闞士超

氣體的實驗定律和理想氣體的狀態方程適用于恒定質量系統,如何處理變質量的氣體問題,如何把變質量的氣體轉化為恒定質量的氣體問題,把不便處理變為可能處理的問題,是近幾年高考的難點和重點,以下對這類問題的處理方法作一探討.

1 虛設過程，將變質量氣體轉化為恒定質量氣體

對于漏氣問題,可以把漏出的氣體收集在一起,相當于氣體的體積增大；對于充氣問題,可以把不同狀態的氣體轉化為壓強和溫度相同的氣體,然后體積取和,整體考慮.

分析(1)輪胎內原有氣體在放氣過程中溫度不變,把漏出氣體收集起來考慮,氣體體積增大,有p1V1＝p2V2,得,故

(2)對放氣后剩余在輪胎內的氣體,從放氣后到第二天清晨,有,得p3＝2.4atm,所以輪胎并無漏氣.

2 巧妙選擇研究對象，將變質量氣體轉化為恒定質量氣體

合理選擇研究對象,即對于充氣或者漏氣問題,我們可以選擇充氣前或者充氣后的氣體進行研究,選擇漏氣前或者漏氣后的氣體進行研究,以便把變質量問題轉化為恒定質量問題.

圖1

分析(1)對左邊容器中的氣體進行分析,活塞上面放砝碼前氣體的壓強是,氣體的體積是V1＝HS.在活塞上面放上砝碼后氣體的壓強變為,氣體的體積變為V2＝H′S.根據p1V1＝p2V2,得

(2)分析右邊容器中的氣體,最終兩容器中的氣體壓強會變為一樣,可以得出右邊的氣體最終高度也變為.右邊容器中原來的氣體變為,則左邊容器中的氣體進入到右邊容器為.根據幾何關系可以得到進入的氣體質量和原來的氣體質量之比是

對于變質量的氣體問題,要注意合理選擇研究對象,虛設過程,把變質量問題轉化為恒定質量的氣體問題.漏氣和充氣問題的考查,體現了物理學科核心素養中的科學思維和物理觀念.