【分析解答】因为所给的是V-T图,A,B,C三点的温度体积都不一样,要想比较三个状态的压强,可以利用V-T图上的等压线辅助分析。
在V-T图上,等压线是一条延长线过原点的直线,可以通过A,B,C三点做三条等压线分别表示三个等压过程,如图7-4所示。一定质量的理想气体在等压过程中压强保持不变,体积与温度成正比,为了比较三个等压线所代表的压强的大小,可以做一条等温线(亦可作一条等容线,方法大同小异,以下略),使一个等温过程与三个等压过程联系起来,等温线(温度为T')与等压线分别交于A',B',C',在等温过程中,压强与体积成反比(玻意耳定律),从图上可以看出:VA'>VB'>VC',所以可以得出结论:pA'<pB'<pC’,而A与A',B与B',C与C分别在各自的等压线上,即pA=pA',pB=pB',pC=pC’,所以可以得出结论,即pA<pB<pC,所以正确答案为A。
【错解】错解一:因为一定质量的理想气体压强与温度成正比,哪个状态对应的温度高,在哪个状态时,气体的压强就大,即TC>TA>TB,所以有pC>pA>pB,应选C。
错解二:因为一定质量的理想气体的压强与体积成反比,体积越大,压强越小,从图上可以看出:VA>VC>VB,所以户pA<pC<pB,应选B。
【错解原因】以上两种错解,从分析思路上讲都错了,都没有了解到气体状态的三个参量(p,V,T)之间两两定量关系是有条件的。如压强与温度(当然应为热力学温度T)成正比的条件是体积不变,而压强与体积成反比的条件应是温度不变。如果不考虑第三个参量,而单纯只讲两个参量之间的关系,显然只能导致错误的结果,同时也培养了错误的思考问题方式,是不可取的。当第三个参量不是定量时,三者之
【评析】从此题的解答可以看到,利用图象帮助解决问题,有时是很方便的,但这种方法首先必须按图象有一个清楚的了解,只有在“识别”图象的基础上,才能准确地“运用”图像。
例3 一定质量的理想气体的三个状态在V-T图上用A,B,C三个点表示,如图7-3所示。试比较气体在这三个状态时的压强pA,pB,pC的大小关系有:( )
A.pC>pB>pC
B.pA<pC<pB
C.pC>pA>pB
D.无法判断。
【错解原因】错解一是不会应用等容线,不知道如何利用p-V图比较两个状态的体积,因而感到无从下手。
错解二是把等容线的概念弄错了,虽然状态1和状态2在一条直线上,但并不是说p―T图上的所有直线都是等容线。只有延长线过原点的直线才表示一个等容过程。而此题的状态1与状态2所在的直线就不是一条等容线。
【分析解答】如图7-2所示,分别做出过1和2的等容线Ⅰ和Ⅱ,由图可知,直线Ⅰ的斜率大于直线Ⅱ的斜率,则VⅡ>VⅠ,即V2>V1,所以,从状态1变化到状态2,气体膨胀对外做功了。
我们知道,空气、氢气的摩尔质量是不变的,此题气球中的氢气质量也是一定的,所以排开空气的质量不随高度h而变,又因为重力加速度也不变(由题目知)所以,气球所受浮力不变。
利用克拉珀龙方程处理浮力,求解质量问题常常比较方便。
例2 如图7-1所示,已知一定质量的理想气体,从状态1变化到状态2。问:气体对外是否做功?
【错解】错解一:因为判断不了气体体积情况,所以无法确定。
错解二:因为1状态与2状态在一条直线上.而p-T坐标上的等容线是直线.所以状态1与状态2的体积相等,气体对外不做功。
因为p,V,R,T均相同
所以联立①②得:
对排开空气列克拉珀龙方程
所以正确答案为浮力不变。
【评析】如上分析,解决变化问题,需要将各种变化因素一一考虑,而不能单独只看到一面而忽略另一面。
此题也可以利用克拉珀龙方程求解:
在高度h处:对氢气列克拉珀龙方程
设氢气球在地面附近和高空h处的浮力分别为F1,F2则F1=p1?g?V
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