判斷水銀柱移動方向的四種方法

v1.0可編輯可修改v1.0可編輯可修改#判斷水銀柱移動方向的四種方法物理解題中，經(jīng)常會遇到在溫度發(fā)生變化時，判斷隔開兩部分氣體的水銀柱是否移動、移動方向的問題?對此，我在教學(xué)中總結(jié)出四種判斷方法，現(xiàn)介結(jié)如下；(1)使氫氣和氧氣的溫度均升(2)使氫氣和氧氣的溫度均降低20C.、公式法也由查理定律氣斗原理：假設(shè)被水銀柱隔開的兩部分氣體的體積不變，對于每部分氣高20C.(3)使氫氣溫度升高10C，氧氣溫度升高20C.解：原來水銀柱靜止，說明氫氣和氧氣的壓強相等，即 pA=pB=P>0.當(dāng)溫度發(fā)生變化時，假設(shè)水銀柱不動，根據(jù)(1)式對三種情況分析如下：再利用分比定再利用分比定理，得(1)v0<TA<TB,ATA=\TB=20K>0,???△pA>ApB>0,水銀柱將向右移動.(2)v0<TA<TB,ATA=\TB=-20K<0,利用⑴式，求出每部分氣體壓強的變化量△卩.若厶p>0,意味著兩部分氣體的壓強均增大，水銀柱將向著較小的一方移動?若△PV0,意味著兩部分氣體的壓強均減小，水銀柱將向著丨△P丨較大的一方移動；若兩部分氣體壓強的變化量Ap相等，則水銀柱不動.?0<^pA<^pB,即|△pA〔>|ApB|，水銀柱將向左移動1027320293/.△pB>^pA>0,水銀柱將向左移動、圖象法例1、如圖1所示，容器A和B內(nèi)分別裝有氫氣和氧氣，用一段水平細(xì)玻璃管相連，管內(nèi)有一段水銀柱，當(dāng)氫氣的溫度為0C,氧氣的溫度為20C時，水銀柱保持靜止.判斷在下列情形下，水銀柱將如何移動、圖象法原理：假設(shè)水銀柱不動，兩部分氣體均作等容變化.在p_T圖上作出兩部分氣體的等容線，利用等容線求出與溫度變化量AT所對應(yīng)的壓強變化量Ap,根據(jù)Ap間的大小關(guān)系便可判斷出水銀柱的移動方向.例2、兩端封閉的U型管中有一些水銀將空氣隔為兩部分，當(dāng)管豎直放置，環(huán)境溫度均勻時，左、右兩氣柱的長度分別為L1和L2，如圖2所示.現(xiàn)將環(huán)境溫度逐漸升高，則[]A.L1變長，L2變短；B.L2變長，L1;變短；C.L1和L2不變化；D.條件不足，無法判定.三、定性分析法原理：從氣體分子動理論的觀點看來，氣體壓強是大量的氣體分子頻繁地碰|和分子的平均速率叫夬定的(對于理想氣體,可以證明其壓逼]撞器壁而產(chǎn)生的.氣體壓強的大小是由單位體積內(nèi)的分子數(shù)n公式為p=nRTR為玻耳茲曼常量).可見，氣體單位體積內(nèi)的分子數(shù)n越多，氣體的溫度越高，氣體的壓強就越大.利用這個結(jié)論，就可以通過定性分析判斷出水銀柱的移動方向.圖了圖了解：假設(shè)左、右兩氣柱的長度不變，在p-T圖上作出兩條等容線，如圖3所示.原來在相同溫度下，P2>pi,所以斜率較大的等容線2為氣體2的等容線，斜率較小的等容線1為氣體1的等容線.當(dāng)升高相同的溫度AT時，△p2>Api，因此右邊水銀面上升，左邊水銀面下降，故正確答案為例3、如圖4所示，兩端封閉、內(nèi)徑均勻直立的玻璃管中，有一段水銀柱將溫度相同的空氣分為上、下兩部分，且上面空氣柱的長度是下面空氣柱長度的兩倍.現(xiàn)使兩部分氣體升高相同的溫度，則 []水銀柱不動；水銀柱上升；水銀柱下降；上、下兩部分氣體的壓強均增大.(B)從圖象還不難看出，若左、右兩邊空氣的溫度均降低△T,則因丨Ap2|>|Api，所以右邊水銀面下降，左邊水銀面上升，正確答案將為 (A)解：原來上、下兩部分氣體的溫度相同，但上部分氣體的壓強p上小于下部分氣體的壓強p下，則單位體積內(nèi)的分子數(shù)n上vn下；升高相同的溫度At后，上、下兩部分氣體的壓強均會增大，且由于n上vn下，因

此上部分氣體壓強的增加量小于下部分氣體壓強的增加量，故正確答案為(B)和(D).四、極端推理法原理：如果在物理變化過程中，物理量的變化是連續(xù)的，而且因變量隨自變量的變化是單調(diào)的，那么我們就可以將這一物理變化過程人為夸大，把問題合理外推到某個現(xiàn)實的或理想的極端狀態(tài)加以考慮，使問題變得更加明顯、易辨.四、極端推理法例4、在兩端封閉、內(nèi)徑均勻的玻璃管內(nèi)有一段水銀柱將氣體分為兩部分，把玻璃管傾斜放置，當(dāng)環(huán)境溫度均勻時，水銀柱靜止于某處，如圖 5所示?現(xiàn)使環(huán)境溫度逐漸降低，則水銀柱[]A.不動；B?上升；C.下降；D.無法判定.解：設(shè)想環(huán)境溫度逐漸降低趨近于0K則上、下兩部分氣體的壓強均趨近于零，水銀柱將在重力作用下下降，故正確答案為(C)在以上四種方法中，公式法屬于常規(guī)方法，推導(dǎo)過程嚴(yán)謹(jǐn)；圖象法形象、直觀，物理意義明顯；定性分析法重在根據(jù)物理意義進行邏輯推理，簡單、明了；極端推理法思維奇特，簡略.對于不同的問題，應(yīng)選用不同的方法進行處理，才能提高解題效率.一般來說，若兩部分氣體原來的壓強和溫度以及溫度的變化量均不相同，則應(yīng)采用公式法進行運算；若在p-T圖上，兩部分氣體與溫度變化量AT所對應(yīng)的壓強變化量Ap間的大小關(guān)系很分明，則可采用作圖法；若兩部分氣體原來單位體積內(nèi)分子數(shù)的多少易確定，且溫度變化相同，則用定性分析法很容易判斷出，單位體積內(nèi)分子數(shù)多的那部分氣體壓強的變化量大，進而得知水銀柱的移動方向；若將由溫度變化所引起的壓強的變化外推到理想的極限值時，水銀柱的移動方向一目了然，就要采用極端推理法.(甘肅民勤一中李萬忠)水銀柱移動問題分類解析尚紅年對于與氣體相關(guān)的水銀柱的移動問題，按其原因及處理方法，可以分為兩種情況。一、溫度改變而導(dǎo)致的水銀柱移動此類問題的處理方法可分為二類：(1)假設(shè)法。先假設(shè)，再計算，然后判斷水銀柱的移動方向。如圖1所示，兩端封閉、粗細(xì)均勻、豎直放置的玻璃管內(nèi)有一長為 h的水銀柱，將管內(nèi)氣體分為兩部分，已知仃=耳1。若使兩部分氣體同時升高相同的溫度，管內(nèi)水銀柱將如何運動（設(shè)兩部分氣體原來的溫度相同）依題意，所以，即溫度升高后,F部分氣體的壓強增加量較大。故水銀柱向上移動（2）借助P�T圖。先假設(shè)，再作P�T圖，然后判斷水銀柱的移動方向例2.題目同例1分析與解答：先假設(shè)水銀柱不移動（即定律求得水銀柱下面和上面的兩氣柱的大小。若分析與解答：先假設(shè)水銀柱不移動（即定律求得水銀柱下面和上面的兩氣柱的大小。若遼，則水銀柱不會圖1假設(shè)兩段氣柱的體積不變），用查理的壓強增量八打和人；，比較壓強增量移動；若甘一巧，貝U水銀柱向上移動；若z「7，貝U水銀柱向下移動。對溫度降低的情況，貝U處理方法相同設(shè)升溫前后，氣柱的溫度分別為氐即，溫度增量為lAT=r_^;上段氣柱的壓強分別為|占*E；壓強增量為出訶-直；下段氣柱的壓強分別為斤、，壓強增量為日X。由查理定律和比例的性質(zhì)，對上段氣體有：分析與解答：利用P�；T圖中等容線來判斷溫度改變后，兩部分氣體壓強的改變情況如圖2所示，由于兩氣體在相同溫度下，壓強不同，所以它們等容線的斜率不同，下段氣體的壓強比丄」：丄二較大，等容線的斜率較大。從圖中不難看出，當(dāng)兩氣體升高相同的溫度時，其壓強增量，所以水銀柱上移。Pi圖2、運動狀態(tài)改變而導(dǎo)致的水銀柱移動。此類問題主要有加速直線運動和勻速圓周運動兩種情況。處理方法是先隔離水銀柱，些-2,'-兒； 根據(jù)牛頓第二定律求出與封閉氣體的壓強對應(yīng)的壓力，進而通過分析氣體壓強的變化,對下段氣體有:來判斷氣柱的移動方向。對下段氣體有:亙一空一竺TTLT由上可得:例3?小車上固定一面積均勻為S的一端封閉的玻璃管，管內(nèi)用長為L的水銀柱封住段氣體，如圖3所示。若大氣壓強為貞，整個裝置停在水平路面上，則當(dāng)小車以加速度a向左加速運動時，管內(nèi)水銀柱將相對玻璃管向左還是向右移動運動，所以必須有向心力來產(chǎn)生向心加速度。這個力怎么來呢，只能是水銀柱左右兩邊存在壓強差，從而出現(xiàn)壓力差，即被圭寸閉氣體對水銀柱的壓力大于外界大氣壓力，所以被封閉氣體壓強增大。由玻意耳定律可知，被封閉氣體的體積要減小。故水銀柱相對于管而言，將遠(yuǎn)離管口，向管底靠近。分析與解答：當(dāng)小車體的壓強為大氣壓圖3小結(jié)：對于由于運動而導(dǎo)致水銀柱移動的問題，可以歸納為水銀柱總是向著與加速度方向相反的方向運動。停止不動時，管內(nèi)氣強另，水銀柱處于平衡狀態(tài)。當(dāng)小車向左加速時，由牛頓第二定律可知，它所受合外力的方向向左，氣體對水銀柱的壓力必須大于外界大氣對水銀柱的壓力，所以，被封閉氣體的壓強要增加由玻意耳定律可知