热学中液柱或活塞移动问题辨析.pdf

热学中液桎或活塞移动问题辨析 广东省顺德县碧桂园学校李伟民魏俊业 1 液柱移动方向的判断 引起液柱移动的原因，通常有如下2类． 11温度变化 例1 如图l所示，两端封闭的均匀玻璃 管内，有一段水银柱将气体分为两部分．当玻 璃管与水平面成oc角且管各处温度相同时，两 部分气柱长之比L．：L，=1：2．现使两部分 气体同时升高相同的温度，管内水银柱将向什 么方向移动? 分析温度变化虽然既可引起气体压强变 化，又可引起气体体积变化，但在这个具体问 题中，因水银柱本来是平衡的，只有当两部分 气体压强的变化破坏了水银柱的平衡时，水银 柱才会动，而只有水银柱移动了，才会使气体 体积发生变化．所以在这类问题中，温度的变 化应先引起气体压强的变化，我们应该在气体 体积还没变化的时候分析气体压强的变化，即 应对两部分气体分别研究其等容过程．具体的 解法常有以下2种． 图l p t L 了1 图2 解法1 公式法．由查理定律可知，对上 段气柱有鲁=手j△p2=譬△正，扔 』2 』2 同理对下段气柱有△p。=争△一． 因正=L，△正=△正，p2A， 所以△pI△p2，故水银柱向上移动． 解法2 图像法．在p一丁图上分别作出 2段气柱的等容线，因在同温度下，AA，故 L．长的气柱等容线斜率大于L长的气柱的．如 图2所示，显然当温度变化相同时，其压强增 量△pl△p2，故水银柱向上移动．反之若降 低相同的温度，水银柱将向下移动． 题目中的L1．L=1：2是没有用的，不要 被它迷惑．用p一了1图像解题时，必须注意其等 容线的作法，由pW丁=C可知，p=C刀y．其 等容线的斜率足=C／矿不要因此误认为体积 大的气体其等容线的斜率良就小，应注意不同 物质的量的气体的C值是不同的，请看例题． 例2 粗细均匀、两端封闭的玻璃管水平 放置，a、b两部分气体被一段水银柱分开，其 体积KK，如图3所示．起初a、b两部分 气体的温度分别为五、瓦，水银柱静止．当两 部分气体的温度分别 升高△t、△瓦时， 下述说法中正确的是 ( )． C二二翌Z丕D 正 瓦 图3 A若L=瓦，△L=△瓦，贝4水银柱静止； B若L=瓦，△瓦△瓦，则水银柱静止； C若L丁b，△t=△瓦，则水银柱右移； D若L瓦，△L=△瓦，则水银柱右移 解析采用p一丁图 。 像法．由题意知，开始 时．a、b两部分气体的 。 仇=pb，瓦2瓦，故在 p一丁图上的等容线应重 。 合，如图4所示．题给 丁 丁 图4 条件圪圪实为迷惑读者的多余条件．由图 易知，△瓦=△瓦时，△A=△A，故水银柱静 止，A答案正确．当△瓦△瓦时，△pa△风， 水银柱应向左移，故B答案错误． 分析选项C、D时，因初态pa=眈，而L 瓦，所以a气柱的等容线与p=岛=A的交点 A 晚O 万方数据 应在b的等容线与p=A=眈的交点的左边， 如图5所示．由图易知，当△瓦=△瓦时，△pa △玩，故水银柱应向右移．C答案正确，D错。 A。见 O 图5 21运动状态变化 例3如图6所示， 两端封闭的玻璃管中， 有一段水银柱，当玻璃 管魑竖直放置时，A 端管中水银面比D端管 中水银面高些，现要使 口 C 图6 两管中水银面相齐，下列作法中可行的是， 让玻璃管( )． A自由下落； B加速上升； C．以／扭为轴旋转；D以DC为轴旋转 解析静止时，管底部水银中压强％=pc， 而岛=仍+p9．}ll，艮=伤+p9_}12，^I．}12，所以 伤仍． 自由下落时，水银柱对气体不再产生压 强，因岛珐，使水银柱左移，4管气体椭 小而压强增大，D管中气体体积增大，压强减 小，水银柱移至两管中气体压强相等时，恢复 平衡，在此过程中△．}l增大，不可能为零，所 以选项A不对． 管加速上升时，水银柱超重，与上述隋况 相反，水银柱右移，使4管气体压强减小，D 管气体压强增大，两管气体压强差更大，故 △^虽减小却不可能为零．选项B不对． 对选项C，可取BC段水银为研究对象，其 受力分析图如图7所示． 如s． 仡s 静止时pc=凸，旋转时 “一忍Z圆一 需pc胁，故水银柱右 图7 移，使右管中_}l，增大，且气体压强增大；左 管中|}l。减小，且气体压强减小，使得此胁， 这时△I}l减小，当∞合适时可能使△，l=0． 对D，因需岛如，水银柱将左移，使△^ 增大，应予否定。故只能选C． 2 活塞移动方向的判断 例4 a、b是2个固定在地面上的气缸， 它们的活塞用坚硬的细杆相连，两气缸内装有 气体，温度相同，缸外气体压强为p0，活塞处 于平衡状态，如 图8所示．若使 两气缸内气体升 高相同的温度， 则可能发生的情 况是( )． 图8 A活塞向左移，a内气体压强增加得多； B活塞向左移，b内气体压强增加得多； C活塞向右移，a内气体压强增加得多； D活塞向右移，b内气体压强增加得多