質(zhì)量的氣體(通過(guò)活塞來(lái)封閉).doc

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現(xiàn)在我們來(lái)說(shuō)明一下里面的內(nèi)容。左上部為“活塞的受力”，也就是說(shuō)，你可以在容器的活塞上添加外力。你只要輸入大小和選擇方向就可以了。這里要注意的一點(diǎn)就是還要輸入活塞的面積（沒(méi)有外力時(shí)活塞面積由系統(tǒng)根據(jù)氣體體積和活塞高度自動(dòng)計(jì)算），這時(shí)活塞的高度由系統(tǒng)計(jì)算得出。左中部是容器大小的參數(shù)，你可以通過(guò)改變它們來(lái)改變?nèi)萜鞯拇笮∫约盎钊母叨龋ó?dāng)變成灰色時(shí)是不可調(diào)的）。左下部是外界大氣壓強(qiáng)，你可以根據(jù)需要設(shè)置這個(gè)參數(shù)，而且不同的容器可以設(shè)置不同的外部環(huán)境，這樣可以方便比較。右上部是“輸入氣體參數(shù)”，有四個(gè)選項(xiàng)：“氣體質(zhì)量”、“氣體壓強(qiáng)”、“氣體體積”、“氣體溫度”，你可以都進(jìn)行輸入，但要符合氣體關(guān)系，也可以只輸入其中的任意三個(gè)。旁邊有一個(gè)選擇氣體種類(lèi)的單選框，在這里你可以選擇容器內(nèi)究竟是什麼氣體。當(dāng)你選擇混合氣體時(shí)會(huì)彈出下面的窗體：你可以選擇輸入，這里的比例是質(zhì)量比。比如，選中氫氣，氦氣，氧氣，對(duì)應(yīng)的輸入分別是1，1，2，那麼，就相當(dāng)于混合氣體的質(zhì)量為4（相對(duì)質(zhì)量），其中氫氣占1（相對(duì)質(zhì)量），氦氣占1（相對(duì)質(zhì)量），氧氣占2（相對(duì)質(zhì)量）。右下部是一個(gè)單選框，你可以選擇容器內(nèi)的氣體是“理想氣體”還是“近似實(shí)際氣體”，它們的內(nèi)部算法是不一樣的。最下部是容器類(lèi)型的選擇?！巴耆珜?dǎo)熱”表示容器內(nèi)的氣體和外界環(huán)境有完全的熱交換，就是說(shuō)，比如加熱或降溫時(shí)，容器內(nèi)的氣體和外界的環(huán)境的溫度是同步變化的?！巴耆^熱”表示容器內(nèi)部的氣體和外界環(huán)境完全沒(méi)有熱量的交換。2玻璃管即相當(dāng)于實(shí)際當(dāng)中的一個(gè)玻璃管，你可以在里面用一段水銀柱來(lái)封閉一定質(zhì)量的氣體，它的屬性設(shè)置框如圖：這里的氣柱長(zhǎng)度表示從玻璃管底部到水銀柱之間的長(zhǎng)度。要注意的一點(diǎn)就是，這里輸入的情況可以是不平衡的，也就是說(shuō)，外界氣體壓強(qiáng)、水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)、管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)三者之間可以不滿足和差關(guān)系。右邊有一個(gè)顯示相關(guān)參數(shù)的選擇框，你可以根據(jù)需要選擇在運(yùn)行時(shí)想動(dòng)態(tài)顯示的相關(guān)參數(shù)。3U型管即相當(dāng)于實(shí)際環(huán)境當(dāng)中的U型管，你可以在里面添加水銀，可以讓它兩端都是開(kāi)口的，也可以封閉其中一個(gè)端口或是兩個(gè)端口都封閉起來(lái)。在封閉的情況下還可以進(jìn)行一端的拖動(dòng)，這時(shí)管內(nèi)的水銀也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的液面變化，但管的總長(zhǎng)度是不變的。下圖是它的屬性設(shè)置框：這里要說(shuō)明的一點(diǎn)是，當(dāng)U型管的端口有封閉時(shí)，“氣柱長(zhǎng)度”表示從管口到水銀面的長(zhǎng)度。當(dāng)兩個(gè)端口都封閉時(shí)，只有一個(gè)“氣柱長(zhǎng)度”的輸入是有效的（另一個(gè)根據(jù)其他的參數(shù)計(jì)算得出）。另外，當(dāng)U型管水平放置時(shí)是不起作用的。4連接管連接管是用來(lái)進(jìn)行器件間的連接的（目前版本限定于把容器和U型管連接起來(lái)，并且只能連接在容器的最底部的氣體上）。這里的連接相當(dāng)于一個(gè)壓強(qiáng)傳感器的作用，即把容器的壓強(qiáng)感應(yīng)給U型管，沒(méi)有熱量以及體積的關(guān)聯(lián)。要指出的一點(diǎn)是連接管的畫(huà)發(fā)。首先在工作區(qū)內(nèi)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，然后松開(kāi)，移動(dòng)到另外一點(diǎn)，再點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，松開(kāi)，再到另外一點(diǎn)，當(dāng)想結(jié)束時(shí)，雙擊鼠標(biāo)左鍵就可以了。如果中途想取消，只有點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇取消就可以了。5文本注釋用來(lái)在工作區(qū)內(nèi)任何需要注釋的地方進(jìn)行文字注釋。使用方法是先點(diǎn)擊該按鈕，然后在工作區(qū)內(nèi)點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，就會(huì)彈出下面的窗體：6表示變量用來(lái)在工作區(qū)內(nèi)輸出你想要實(shí)時(shí)表示的有關(guān)數(shù)據(jù)，比如容器內(nèi)氣體的壓強(qiáng)、溫度、體積，玻璃管內(nèi)的氣體的壓強(qiáng)、溫度、體積等。如果容器封閉了多段氣體，那麼它們的編號(hào)從容器的底部向上依次是P0，V0，T0，P1，V1，T1等。如圖：1 繪制曲線用來(lái)繪制實(shí)驗(yàn)中相關(guān)氣體的關(guān)系曲線。點(diǎn)擊該按鈕后（如果工作區(qū)內(nèi)有可以繪制曲線的器件如容器和玻璃管）會(huì)彈出下面的窗體：左上部有一個(gè)選擇框，用來(lái)選擇要繪制曲線的對(duì)象。這里是支持多選的（按住CTRL鍵進(jìn)行選擇）。右上部為橫縱坐標(biāo)的選擇和坐標(biāo)范圍的選擇。比如你想繪制PV曲線，那麼就應(yīng)該選擇橫坐標(biāo)為體積，縱坐標(biāo)為壓強(qiáng)。至于坐標(biāo)范圍要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行選擇，才能得到效果比較好的曲線。在隨后的具體例子當(dāng)中我們會(huì)進(jìn)行具體的說(shuō)明。選擇好這些后，點(diǎn)擊左部頂端的“運(yùn)行”按鈕，你就可以在下面的圖中看到相關(guān)的關(guān)系曲線了。8恒溫器用來(lái)改變?nèi)萜骰虿ＡЧ軆?nèi)的氣體的溫度。下面是它的屬性設(shè)置框：你只要先選中一個(gè)容器或是玻璃管（有選中標(biāo)記），然后在點(diǎn)擊這個(gè)按鈕就會(huì)彈出這個(gè)窗體?！艾F(xiàn)在氣體的溫度”是由系統(tǒng)給出的，“需要達(dá)到的溫度”是需要輸入的，可以高出現(xiàn)在的氣體的溫度，也可以低于現(xiàn)在氣體的溫度。如果不再需要恒溫器，只要選中相關(guān)的器件，再點(diǎn)擊這個(gè)按鈕，就可以去掉它了。990度反轉(zhuǎn)當(dāng)你選中一個(gè)器件時(shí)，點(diǎn)擊這個(gè)按鈕，它就會(huì)逆時(shí)針?lè)崔D(zhuǎn)90度，再點(diǎn)擊一次，它就再反轉(zhuǎn)90度。10舔/去活塞當(dāng)你想給容器添加活塞時(shí)，只要選中容器，然后再按下這個(gè)按鈕，就會(huì)彈出容器的屬性設(shè)置對(duì)話框，你只要輸入相關(guān)氣體的參數(shù)就可以了。需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，這時(shí)該對(duì)話框內(nèi)有些選項(xiàng)是不可再次輸入的，它們會(huì)變成灰色的。如果想去掉活塞，只要選中活塞，然后按下這個(gè)按鈕，該容器的活塞就被全部去掉了。11舔/去水銀柱用來(lái)給玻璃管添加水銀柱或是去掉水銀柱。選中一個(gè)空的玻璃管，然后按下這個(gè)按鈕，就會(huì)彈出玻璃管的屬性設(shè)置對(duì)話框，輸入相關(guān)的參數(shù)就可以了。目前的版本內(nèi)玻璃管還只能有一段水銀柱。如果想去掉水銀柱，只要選中水銀柱，然后按下這個(gè)按鈕就可以了。12舔/去閥門(mén)用來(lái)給容器的底部添加一個(gè)閥門(mén)。只要選中該容器，然后按下這個(gè)按鈕就可以了。如果想去掉一個(gè)已經(jīng)有閥門(mén)的容器的閥門(mén)，只要選中該容器，然后按下這個(gè)按鈕就可以了。13開(kāi)關(guān)閥門(mén)在運(yùn)行的時(shí)候，你可以按下這個(gè)按鈕（首先在運(yùn)行前要選中一個(gè)容器），這時(shí)這個(gè)容器的閥門(mén)就被打開(kāi)了，內(nèi)部的氣體和外界就是相通的。也可以按下這個(gè)按鈕關(guān)上閥門(mén)。14固定/放開(kāi)活塞用來(lái)決定容器內(nèi)的活塞是可以移動(dòng)的還是被固定的。只要選中想固定的活塞然后按下這個(gè)按鈕，活塞就被固定了。固定了的活塞的顏色和容器的顏色是不一樣的。當(dāng)你想把一個(gè)固定的活塞松開(kāi)時(shí)，進(jìn)行同樣的操作就可以了。15模擬顯示容器壓強(qiáng)按下這個(gè)按鈕時(shí)，容器內(nèi)就有一組點(diǎn)（點(diǎn)的多少是由氣體的質(zhì)量決定的）在運(yùn)動(dòng)（運(yùn)動(dòng)的快慢是由氣體的溫度決定的）來(lái)模擬表示壓強(qiáng)。如圖：如果不想模擬顯示，只要再次按下這個(gè)按鈕就可以了。 三在熱學(xué)部分中的應(yīng)用 這一節(jié)我們將通過(guò)幾個(gè)具體的例子來(lái)說(shuō)明仿真物理實(shí)驗(yàn)室熱學(xué)在熱學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)當(dāng)中的應(yīng)用，同時(shí)也方便大家對(duì)這個(gè)軟件有進(jìn)一步的了解。 1關(guān)系曲線的繪制 “新建”一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。首先，點(diǎn)擊“容器”按鈕，然后在工作區(qū)畫(huà)出一個(gè)容器，這時(shí)彈出屬性設(shè)置對(duì)話框：進(jìn)行如圖的設(shè)置。氣體質(zhì)量取0.001千克，壓強(qiáng)取150000帕斯卡，體積取0.01立方米，外界壓強(qiáng)取101325帕斯卡。然后我們給容器添加一個(gè)恒溫器：設(shè)置一個(gè)降溫的恒溫器，可以看到，現(xiàn)在氣體的溫度已經(jīng)給出（根據(jù)上面的參數(shù)計(jì)算得出），設(shè)置要達(dá)到溫度為200K。然后點(diǎn)擊“曲線繪制”按鈕：選中開(kāi)口容器0，橫坐標(biāo)選體積，范圍為0.008-0.014（因?yàn)闅怏w的體積先增大后減小，原先是0.01，所以選取上下一定范圍），縱坐標(biāo)選取壓強(qiáng)，范圍為100000-150000，然后按下“確定”，“開(kāi)始”得到下面的內(nèi)容：可以看到大致上先是一個(gè)等溫曲線（因?yàn)閷?shí)際當(dāng)中溫度的變化是個(gè)緩慢的過(guò)程，比起壓強(qiáng)差而引起的變化要緩慢的多），然后是個(gè)等壓的過(guò)程，因?yàn)楫?dāng)容器內(nèi)的壓強(qiáng)和外界差別不大，而溫度還沒(méi)有達(dá)到預(yù)計(jì)值，溫度變化一點(diǎn)，引起壓強(qiáng)的變化，進(jìn)而引起體積的變化以平衡內(nèi)外的壓強(qiáng)，于是就得到了上面的曲線。 2等溫線的繪制“新建”一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。首先繪制一個(gè)容器，然后輸入相關(guān)參數(shù)：質(zhì)量0.001千克，壓強(qiáng)150000帕斯卡，體積0.01立方米。如圖然后按下“繪制曲線”按鈕，按下圖進(jìn)行輸入：點(diǎn)擊“確定”，“開(kāi)始”，得到曲線如下： 經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置，可以得到完全的等溫線。3.等容變化“新建”一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在工作區(qū)內(nèi)繪制一個(gè)容器，用一個(gè)活塞封閉一定質(zhì)量的氣體。我們?cè)O(shè)置氣體的質(zhì)量為0.001千克，壓強(qiáng)為101325帕斯卡，溫度為300開(kāi)爾文，外界大氣壓為101325帕斯卡，氣體種類(lèi)選氫氣，取理想氣體，容器設(shè)置為器壁完全導(dǎo)熱型，活塞上不受外力。即容器屬性設(shè)置框的內(nèi)容如圖： 現(xiàn)在我們把容器的活塞固定起來(lái)，選中容器的活塞，然后按下“固定活塞”按鈕就可以了。 再給容器添加一個(gè)恒溫器，輸入要達(dá)到的溫度為500開(kāi)爾文。 接著我們?cè)倮L制出一個(gè)U型管，選擇兩端開(kāi)口，注入一定量的水銀。 最后用一根連接管把容器內(nèi)部和U型管的一端連接起來(lái)。當(dāng)選中一個(gè)器件時(shí)，你可以用鼠標(biāo)來(lái)拖動(dòng)它，也可以用鍵盤(pán)上的方向鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)它的移動(dòng)。這時(shí)工作區(qū)內(nèi)的情況如圖：還可以用“變量輸出”把容器內(nèi)氣體的溫度表示出來(lái)。然后點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕，就可以看到，隨著容器內(nèi)氣體溫度的上升，U型管中的水銀高度差也開(kāi)始發(fā)生變化，變的左邊底右邊高，最后的結(jié)果如下圖：4等溫線和絕熱線“新建”一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。在工作區(qū)內(nèi)繪制出一個(gè)容器。設(shè)置它的屬性為：氣體質(zhì)量0.001千克，氣體壓強(qiáng)160000帕斯卡，氣體體積0.01立方米，活塞上不受外力，外界壓強(qiáng)為101325帕斯卡，選擇理想氣體，容器器壁類(lèi)型為完全導(dǎo)熱型，氣體種類(lèi)為氫氣。然后選中這個(gè)容器，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，才快捷菜單中選取“復(fù)制”，然后在工作區(qū)的空白區(qū)域點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選取快捷菜單中的“粘貼”，這樣，工作區(qū)內(nèi)就有兩個(gè)容器了。我們選中其中一個(gè)，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，選擇快捷菜單中的屬性，就會(huì)彈出它的屬性設(shè)置框，在這里把這個(gè)容器的器壁類(lèi)型改變?yōu)橥耆^熱型。我們?cè)儆米兞枯敵霭阉鼈兊臍怏w溫度分別表示出來(lái)。如圖：然后點(diǎn)擊“繪制曲線”按鈕，按下圖進(jìn)行設(shè)置：點(diǎn)擊“確定”，然后“運(yùn)行”，得到下圖：可以看到，比較“陡”的那條是絕熱線，比較“緩”的那條是等溫線，用熱力學(xué)第一定律可以解釋這個(gè)現(xiàn)象。5完全溢出的水銀“新建”一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。點(diǎn)擊“玻璃管”按鈕，在工作區(qū)內(nèi)繪制出一個(gè)“玻璃管”，按照下面圖中的內(nèi)容輸入：然后選中玻璃管，給它添加一個(gè)恒溫器，使玻璃管內(nèi)氣體的期望溫度為230開(kāi)爾文。如圖：然后點(diǎn)擊“運(yùn)行”，這時(shí)外界大氣壓加上水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)比氣體的壓強(qiáng)小10000多帕斯卡，再加上有一個(gè)升溫的過(guò)程，所以水銀柱會(huì)向上移動(dòng)。這是水銀開(kāi)始溢出的瞬間，氣體的溫度已經(jīng)達(dá)到了預(yù)先設(shè)定的值，外界大氣壓加上水銀柱的壓強(qiáng)只比管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)大1000多帕斯卡，但水銀最終會(huì)完全溢出，無(wú)論你怎樣調(diào)整參數(shù)，都不會(huì)發(fā)生這樣的情況，即水銀溢出了一半就不在溢出了，這是因?yàn)?，每溢出一個(gè)單位高度的水銀，管內(nèi)氣體的體積是相應(yīng)的增大了，壓強(qiáng)也相應(yīng)的減小了，但水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)也減小了，而且這個(gè)減小的值比管內(nèi)氣體壓強(qiáng)減小的值要大的多，