分析纠错:只有当物体的体积不发生变化时,大气压力对物体所做的功才为零。由于固体或液体的体积变化通常是可以忽略的,所以当研究对象是固体或液体时,不考虑大气压力的做功。但气体体积容易发生显著变化,大气压力做功必须考虑。对于本题由于气体体积发生了变化,所以大气压力要对气体做功。正确答案应为:
根据动量守恒得:
所以内能的增量为:
由机械能守恒得:
例20、如图14所示,内部横截面积为S的圆筒形绝热容器,封有一定质量的理想气体,开口向上放在硬板上。设活塞质量为m1,现有一质量为m2的橡皮泥从距活塞上表面高为h1处的A点由静止开始下落,碰到活塞后,随活塞一起下降的最大距离为h2,若不计活塞与容器壁的摩擦,求容器内气体内能的最大变化量是多少?
错解:橡皮泥自由下落h1的过程中,机械能守恒。碰撞活塞时,动量守恒。橡皮泥和活塞一起下降过程中,由于容器绝热减少的机械能都通过对气体做功转变成系统的内能。
例19、 如图13为医院为病人输液的部分装置,图中A为输液瓶,B为滴壶,C为进气管,与大气相通。则在输液过程中(瓶A中尚有液体),下列说法正确的是:①瓶A中上方气体的压强随液面的下降而增大;②瓶A中液面下降,但A中上方气体的压强不变;③滴壶B中的气体压强随A中液面的下降而减小;④在瓶中药液输完以前,滴壶B中的气体压强保持不变
A.①③ B.①④ C.②③ D.②④
分析与解:进气管C端的压强始终是大气压p0,设输液瓶A内的压强为pA,可以得到pA= p0-ρgh,因此pA将随着h的减小而增大。滴壶B的上液面与进气管C端的高度差不受输液瓶A内液面变化的影响,因此压强不变。选B。
典型错误之一:忽视大气压力对系统所做的功。
例18、如图12所示,钢瓶内装有高压氧气。打开阀门氧气迅速从瓶口喷出,当内外气压相等时立即关闭阀门。过一段时间后再打开阀门,会不会再有氧气逸出?
分析与解:第一次打开阀门氧气“迅速”喷出,是一个绝热过程Q=0,同时氧气体积膨胀对外做功W<0,由热力学第一定律ΔU<0,即关闭阀门时瓶内氧气温度必然低于外界温度,而压强等于外界大气压;“过一段时间”经过热交换,钢瓶内氧气的温度又和外界温度相同了,由于体积未变,所以瓶内氧气压强将增大,即大于大气压,因此再次打开阀门,将会有氧气逸出。
。
问题12:会分析求解联系实际的问题
对玻璃管根据机械能守恒定律可得:。
根据能量守恒得乙醚最少要消耗的内能为:
玻璃管在竖直平面内做圆周运动至少要达到最高点,此时速度V3=0.
例17、如图11所示,在质量为M的细玻璃管中盛有少量乙醚液体,用质量为m的软木塞将管口封闭。加热玻璃管使软木塞在乙醚蒸气的压力下水平飞出,玻璃管悬于长为L的轻杆上,细杆可绕上端O轴无摩擦转动。欲使玻璃管在竖直平面内做圆周运动,在忽略热量损失的条件下,乙醚最少要消耗多少内能?
分析与解:设活塞冲开瞬间,软木塞和细玻璃管的速度分别为V1、V2,则据动量守恒定律可得:MV2-mV1=0,
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