热气球是靠加热气球内部空气排除部分气体而获得上升动力的装置,现外界气体温度是15℃,密度为12kgm3,气球内、外气压相等,要用容积1000m3的气球吊起200kg
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f的重物,必须把气球内的空气温度加热到多少才行(取g10ms2)?解析:加热气球内的气体时,气体被排出,质量减少,在浮力不变的情况下,使F浮≥G总时,热气球升空。这里出现了气体质量减小的变质量问题,为应用三大实验定律只有依靠假设法,在此,为应用等压变化规律,假设升温后排出去的气体与留在热气球内的气体状态相同,如图1011所示。初态体积V1V0,末态体积V2V0ΔV0气体质量mρV012kgm3×1000m312×103kgF浮ρ空gV0≥G总m′m物g代入已知数据:12×10×103≥m′200×10得m′≤10×103kg其中m是加热前热气球内空气质量,m′为加热后热气球内空气质量。Δmm-m′12×103kg-10×103kg200kg当密度相同时,
mVm,所以:ΔVV0200m3mV0m
对等质量、等压的气体应用盖吕萨克定律:初态VV0103m3T127315288k未态V2V0ΔV12×103m3根据:
V1T1V2T2V2T13456K726℃V1
解得加热后气体温度:T2
例12:02L的氧气瓶内,装有4g氧气,在室温为0℃时,瓶内氧气的压强是多少?解析:本题乍一看似乎缺少已知量,更无法利用理想气体状态方程,但当我们假设这些氧气的标准状态为初态时,则问题就可以解决了。假设这些氧气的初态为标准状态,则有:V1
4×224L,p11atm,T1273K32
由已知该氧气的末状态为V102L,T2273K,p2未知,由于T1T2,所以根据玻意耳定律p1V1p2V2解得:p214atm例13:如图1012所示,用导热材料制成的两端开口的U型管ABCD,其中AB高L124cm,CD高L220cm,截面积分别为SAB1cm2,SCD2cm2,开始时两管均有高h16cm的水银柱,现用两个橡皮帽将两个管口封闭,打开下方的阀门K,有注射器从底部缓慢抽出水银,当其中的一个管内的水银被抽干时立即关闭阀门K(已知大气压强为p075cmHg)。(1)请你判断首先被抽干的是哪一管中的水银?(2)另一只管中剩余的水银柱高度为多少?解析:求解这一类题时,应根据可解的情况先做出必要的假设,然后按着所做出的假设进行推理,在推理过程中,对所做假设做出否定或认同即可求解。假设左管内水银先被抽干,并设这时右管内剩余水银柱的高度为x,对左管内封闭气体用玻意耳定律有:V1p1V1p1
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f可得:p1
V11416r