高中物理解題方法9估算法

2021-03-04 06:52:04 字數 2434 閱讀 8172

解析:以密閉容器內的一定量氣體為研究物件,選取標準狀況為該氣體的乙個已知狀態,根據理想氣體狀態方程可求解。

取1摩爾氣體作為研究物件,在標準狀態下為v0 = 22.4×10-3m3 ,所包含的分子數為na = 6.023×1023個。在題設條件下,設其體積為v,則根據氣態方程:

有: =

每個分子所佔的空間體積為:v′ =,分子間的距離為:d == 7×10-7m

例4:已知一密閉容器內的氣體分子平均距離為d = 3×10-9m ,溫度為27℃ ,試估算容器內氣體的壓強多大?(保留一位有效數學)

解析:要想估算容器內氣體的壓強,則可根據理想氣體狀態方程求解,其中選乙個標準狀態為已知狀態。

乙個分子佔擾的體積為:v′ = d3 = 27×10-27m3

1摩爾分子佔據的體積為:v = n0 v′

由=解得:p =p0 = 2×105pa

例5:已知冰、水和水蒸氣在一密閉容器中能在某一外界條件下處於三態平衡共存(容器內無任何其他物質),這種狀態稱為水的三相點,其三相點溫度為0.01℃ ,三相點壓強為4.

58mmhg 。現有冰、水和水蒸氣各1g處於三相點,若在保持總體積不變的情況下對此系統緩慢加熱,輸入熱量q = 2.25×105j,試估算系統再達平衡後冰、水和水蒸氣的質量。

已知水的密度和冰的密度分別為1×103kg/m3和0.9×103kg/m3 ,冰在三相點時的昇華熱l公升 = 2.83×106j/kg ,水在三相點的汽化熱l汽 = 2.

49×106j/kg 。

解析:由題給資料可利用以下近似關係求得冰的熔化熱:

l熔 = l公升-l氣 = 0.34×106j/kg

因為緩緩加給系統的熱q<l熔 ,所以冰不能全部熔化,系統在物態變化過程中始終是三態共存且接近平衡,因此系統的溫度和壓強均不變。

現在估算在題給溫度、壓強條件下水蒸氣的密度ρ氣 ,用理想氣體狀態方程可得:

ρ氣 =,其中μ為水蒸氣的摩爾質量

代入數值μ = 18×10-3kg/mol ,r = 8.31j/molk ,pt = 4.58mmhg = 610pa得:

tt = 273k

估算可得:ρ氣≈5×10-3kg/m3

在同樣的條件下,水的密度ρ水≈1×103kg/m3 ,冰的密度ρ冰≈0.9×103kg/m3 ,由此可知,水蒸氣的體積遠遠大於水和冰的體積之和,又由於冰熔化為水時體積變化不大,在總體積保持不變的條件下,完全可以認為物態變化過程中水蒸氣的體積不變,也就是再達到平衡時,水蒸氣的質量仍為1g ,物態變化過程幾乎完全是冰熔為水的過程。

設後來冰、水、水蒸氣的質量分別為x 、y 、z ,則有:

z = 1g

x + y = 2g

根據能量守恆定律,有:(1-x) l熔 = q

由②③④式可得:x = 0.25g ,y = 1.75g ,z = 1.00g 。

例6:假想有一水平方向的勻強磁場,磁感強度b很大,有一半徑為r ,厚度為d(dr)的金屬圓盤在此磁場中豎直下落,盤面始終位於豎直平面內並與磁場方向平行,如圖9—1所示,若要使圓盤在磁場中下落的加速度比沒有磁場時減小千分之一(不計空氣阻力),試估算所需磁感強度的數值,假定金屬盤的電阻為零,並設金屬的密度ρ = 9×103kg/m3 ,介電常數ε = 9×10-12c2/nm2

解析:當盤在磁場中下落速度為時,盤中的感應電動勢e = bvd ,在感應電動勢的作用下,圓盤兩個表面上將帶有等量異號的電荷(±q)因為盤電阻為零,所以電荷(±q)引起的兩表面間的電壓u等於盤中感應電動勢的數值,即u = bvd 。

圓盤上的q與u之間的關係跟乙個同樣尺寸的帶電電容器上的q與u的關係相同,此電容器的電容c ==,故圓盤表面所帶電量q = cu = επr2bv

在盤下落過程中,盤的速度v隨時間增大,盤面上的電量q也隨時間增大,由此可求出盤中電流i ==,磁場對此電流的作用力f的方向向上,大小為f = bid =。若盤的質量為m ,則盤受到的力為f和重力mg ,盤的加速度a =可由下式求出:

mg-f = ma = m

由此得盤的加速度:a =

按題意a = g-,由此得: =

所以磁感應強度:b == 10-6t

針對訓練

1.估算地球大氣總質量m和部分了數n 。

2.已知銅的8.9×103kg/m3 ,原子量為64 。通過估算可知銅中每個銅原子所佔的體積為( )

a.7×10-6m3 b.1×10-29m3 c.1×10-26m3 d.8×10-24m3

3.只要知道下列哪一組物理量,就可以估算出氣體中分子間的平均距離( )

a、阿伏伽德羅常數、該氣體的摩爾質量和質量

b、阿伏伽德羅常數、該氣體的摩爾質量和密度

c、阿伏伽德羅常數、該氣體的質量和體積

d、該氣體的密度、體積和摩爾質量

4.已知油酸的密度為6.37×102kg/m3 ,油酸的原子量為282 。試估算油酸分子的直徑有多大(結果保留一位有效數字)?

參***

1、m≈1018kg ,n≈1044

2、b3、b4、b

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