变质量气体问题处理方法例谈

◇ 山东 阚士超

气体的实验定律和理想气体的状态方程适用于恒定质量系统,如何处理变质量的气体问题,如何把变质量的气体转化为恒定质量的气体问题,把不便处理变为可能处理的问题,是近几年高考的难点和重点,以下对这类问题的处理方法作一探讨.

1 虚设过程，将变质量气体转化为恒定质量气体

对于漏气问题,可以把漏出的气体收集在一起,相当于气体的体积增大；对于充气问题,可以把不同状态的气体转化为压强和温度相同的气体,然后体积取和,整体考虑.

分析(1)轮胎内原有气体在放气过程中温度不变,把漏出气体收集起来考虑,气体体积增大,有p1V1＝p2V2,得,故

(2)对放气后剩余在轮胎内的气体,从放气后到第二天清晨,有,得p3＝2.4atm,所以轮胎并无漏气.

2 巧妙选择研究对象，将变质量气体转化为恒定质量气体

合理选择研究对象,即对于充气或者漏气问题,我们可以选择充气前或者充气后的气体进行研究,选择漏气前或者漏气后的气体进行研究,以便把变质量问题转化为恒定质量问题.

图1

分析(1)对左边容器中的气体进行分析,活塞上面放砝码前气体的压强是,气体的体积是V1＝HS.在活塞上面放上砝码后气体的压强变为,气体的体积变为V2＝H′S.根据p1V1＝p2V2,得

(2)分析右边容器中的气体,最终两容器中的气体压强会变为一样,可以得出右边的气体最终高度也变为.右边容器中原来的气体变为,则左边容器中的气体进入到右边容器为.根据几何关系可以得到进入的气体质量和原来的气体质量之比是

对于变质量的气体问题,要注意合理选择研究对象,虚设过程,把变质量问题转化为恒定质量的气体问题.漏气和充气问题的考查,体现了物理学科核心素养中的科学思维和物理观念.