Question

如下圖所示，將水平放置的兩端封閉的直玻璃管(其內(nèi)部有一段水銀柱將氣體分隔為A、B兩部分)豎直放入溫度均勻的熱水槽中，待平衡后，A部分氣體的體積__________(填“變大”“變小”)。

Answer 1

答案：
解析：

解題過(guò)程：求解本題可以采用下面多種方法． 　　方法1 采用定量解析法，設(shè)水銀柱下降(或上升)x，對(duì)A、B兩部分氣體分別應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程，再根據(jù)末態(tài)(h為管內(nèi)汞柱的高度)．這種方法過(guò)程繁雜，這里不再贅述，同學(xué)們自己不妨一試． 　　方法2 采用半定性半定量的假設(shè)法，設(shè)玻璃管浸入熱水中后，水銀柱相對(duì)于管的位置不變，則A、B兩部分氣體均發(fā)生等容變化，由查理定律得 　　即末態(tài)．故當(dāng)“釋放”對(duì)水銀柱的約束后，它會(huì)在重力作用下相對(duì)于玻璃管下移一段距離而平衡于某處，即A部分氣體的體積減小了． 　　方法3 借用習(xí)題結(jié)論進(jìn)行邏輯推理法．對(duì)于封閉玻璃管中一段水銀柱將空氣柱分隔為兩部分的情況來(lái)說(shuō)，由上一單元知識(shí)很容易證明這樣兩個(gè)結(jié)論：當(dāng)管水平放置時(shí)，若兩部分氣體的初溫相同，且升高相同的溫度，則水銀柱依然平衡于原位置，即不會(huì)移動(dòng)；當(dāng)管豎直(或傾斜)放置時(shí)，若兩部分氣體初溫相同且升高相同的溫度，則水銀柱將相對(duì)于管上升．借用上述結(jié)論可以簡(jiǎn)化本題的的解題過(guò)程，由初態(tài)到末態(tài)的變化過(guò)程可以通過(guò)以下三種途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體討論如下： 　　(1)先將玻璃管豎起來(lái)，再保持豎直狀態(tài)將其放入熱水中．這種情況下，第一步汞柱相對(duì)于管下移，A氣體被壓縮；第二步，汞柱又會(huì)相對(duì)于管上移，即A氣體相對(duì)于第一步又膨脹了．那么經(jīng)過(guò)這兩步后A氣體最終究竟是膨脹了還是被壓縮了無(wú)法判斷出來(lái)，所以無(wú)法通過(guò)此途徑求解． 　　(2)將管豎起與放入熱水中同時(shí)進(jìn)行，這種情況更為復(fù)雜，更難以判斷水銀柱的移動(dòng)情況． 　　(3)先將玻璃管保持水平狀態(tài)放入熱水中，再慢慢將其豎起來(lái)，這種情況下，第一過(guò)程中汞柱相對(duì)于玻璃管不移動(dòng)，即A部分氣體體積不變；第二過(guò)程中汞柱相對(duì)于管下移，即A氣體被壓縮，故A氣體體積應(yīng)減�。� 上述實(shí)現(xiàn)氣體狀態(tài)變化的三個(gè)具體過(guò)程雖然不同，但氣體最終的狀態(tài)應(yīng)該是一定的．故本題的正確結(jié)論應(yīng)該是A部分氣體體積減�。� 　　思路點(diǎn)撥：本題隱含的已知條件是A、B兩部分氣體初態(tài)壓強(qiáng)和溫度相同，末態(tài)的溫度T也相同，且T＞，而末態(tài)壓強(qiáng)為．對(duì)每一部分氣體，在其狀態(tài)變化過(guò)程中，都遵循理想氣體狀態(tài)方程． 　　小結(jié)：研究氣體狀態(tài)變化情況時(shí)，可以對(duì)各個(gè)可能的變化過(guò)程進(jìn)行分析推理，當(dāng)沿一個(gè)途徑走不通(即無(wú)法推導(dǎo)出確定的結(jié)果)時(shí)，可以換一個(gè)途徑去走，這種方法不僅在解決氣體問(wèn)題時(shí)運(yùn)用，在研究力學(xué)、電磁學(xué)及光學(xué)等問(wèn)題時(shí)，同樣是一種非常重要的方法，這里不再一一列舉．