質量的氣體通過活塞來封閉-歡迎光臨東莞石碣中學

1、質量的氣體（通過活塞來封閉） ，而且可以封閉多段氣體（通過多活塞來實現）。下面是它的屬性設置框：現在我們來說明一下里面的內容左上部為“活塞的受力”，也就是說，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 注意的一點就是還要輸入活塞的面積 （沒有外力時活塞面積 由系統根據氣體體積和活塞高度自動計算） ，這時活塞的高 度由系統計算得出。左中部是容器大小的參數， 你可以通過改變它們來改變容器 的大小以及活塞的高度（當變成灰色時是不可調的）。左下部是外界大氣壓強， 你可以根據需要設置這個參數， 而 且不同的容器可以設置不同的外部環(huán)境，這樣可以方便比 較。右上部是“輸入氣

2、體參數”，有四個選項：“氣體質量”、 “氣體壓強”、“氣體體積”、“氣體溫度”，你可以都進 行輸入，但要符合氣體關系，也可以只輸入其中的任意三個。旁邊有一個選擇氣體種類的單選框， 在這里你可以選擇容器 內究竟是什麼氣體。當你選擇混合氣體時會彈出下面的窗 體：你可以選擇輸入，這里的比例是質量比。比如，選中氫氣， 氦氣，氧氣，對應的輸入分別是 1，1， 2，那麼，就相當于 混合氣體的質量為 4（相對質量），其中氫氣占 1（相對質 量），氦氣占 1（相對質量），氧氣占 2（相對質量）。右下部是一個單選框， 你可以選擇容器內的氣體是 “理想氣 體”還是“近似實際氣體”，它們的內部算法是不一樣的。最下部

3、是容器類型的選擇。 “完全導熱”表示容器內的氣體 和外界環(huán)境有完全的熱交換，就是說，比如加熱或降溫時， 容器內的氣體和外界的環(huán)境的溫度是同步變化的。 “完全絕 熱”表示容器內部的氣體和外界環(huán)境完全沒有熱量的交換。2玻璃管即相當于實際當中的一個玻璃管， 你可以在里面用一段水銀 柱來封閉一定質量的氣體， 它的屬性設置框如圖：這里的氣柱長度表示從玻璃管底部到水銀柱之間的長度要注意的一點就是， 這里輸入的情況可以是不平衡的， 也就 是說，外界氣體壓強、水銀柱產生的壓強、管內氣體的壓強 三者之間可以不滿足和差關系。 右邊有一個顯示相關參數的 選擇框，你可以根據需要選擇在運行時想動態(tài)顯示的相關參 數。3U

4、型管即相當于實際環(huán)境當中的 U型管，你可以在里面添加水銀， 可以讓它兩端都是開口的， 也可以封閉其中一個端口或是兩 個端口都封閉起來。在封閉的情況下還可以進行一端的拖 動，這時管內的水銀也會發(fā)生相應的液面變化， 但管的總長 度是不變的。下圖是它的屬性設置框：這里要說明的一點是，當 U 型管的端口有封閉時， “氣柱長 度”表示從管口到水銀面的長度。當兩個端口都封閉時，只 有一個“氣柱長度”的輸入是有效的（另一個根據其他的參 數計算得出）。另外，當 U型管水平放置時是不起作用的。4連接管連接管是用來進行器件間的連接的 （目前版本限定于把容器 和 U 型管連接起來，并且只能連接在容器的最底部的氣體

5、上）。這里的連接相當于一個壓強傳感器的作用，即把容器 的壓強感應給 U型管，沒有熱量以及體積的關聯。要指出的一點是連接管的畫發(fā)。 首先在工作區(qū)內點擊鼠標左 鍵，然后松開，移動到另外一點，再點擊鼠標左鍵，松開， 再到另外一點，當想結束時，雙擊鼠標左鍵就可以了。如果 中途想取消， 只有點擊鼠標右鍵， 在彈出的快捷菜單中選擇 取消就可以了。5文本注釋用來在工作區(qū)內任何需要注釋的地方進行文字注釋。 使用方 法是先點擊該按鈕， 然后在工作區(qū)內點擊鼠標左鍵， 就會彈出下面的窗體：6表示變量用來在工作區(qū)內輸出你想要實時表示的有關數據， 比如容器 內氣體的壓強、 溫度、體積，玻璃管內的氣體的壓強、 溫度、 體

6、積等。 如果容器封閉了多段氣體， 那麼它們的編號從容器 的底部向上依次是 P0，V0，T0，P1，V1，T1 等。如圖：1 繪制曲線用來繪制實驗中相關氣體的關系曲線 點擊該按鈕后（如果工作區(qū)內有可以繪制曲線的器件如容器和玻璃管）會彈出下面的窗體：左上部有一個選擇框， 用來選擇要繪制曲線的對象。 這里是 支持多選的（按住 CTRL鍵進行選擇）。右上部為橫縱坐標的選擇和坐標范圍的選擇。 比如你想繪制 PV曲線，那麼就應該選擇橫坐標為體積，縱坐標為壓強。 至于坐標范圍要根據實際的情況進行選擇， 才能得到效果比 較好的曲線。在隨后的具體例子當中我們會進行具體的說選擇好這些后，點擊左部頂端的“運行”按鈕

7、，你就可以在 下面的圖中看到相關的關系曲線了。8恒溫器用來改變容器或玻璃管內的氣體的溫度。 下面是它的屬性設置框：你只要先選中一個容器或是玻璃管 （有選中標記） ，然后在 點擊這個按鈕就會彈出這個窗體。 “現在氣體的溫度” 是由 系統給出的， “需要達到的溫度”是需要輸入的，可以高出 現在的氣體的溫度， 也可以低于現在氣體的溫度。 如果不再 需要恒溫器， 只要選中相關的器件， 再點擊這個按鈕， 就可 以去掉它了。990 度反轉 當你選中一個器件時，點擊這個按鈕，它就會逆時針反轉90度，再點擊一次，它就再反轉 90 度。10舔/ 去活塞 當你想給容器添加活塞時， 只要選中容器， 然后再按下這個

8、按鈕，就會彈出容器的屬性設置對話框， 你只要輸入相關氣 體的參數就可以了。需要說明的一點是， 這時該對話框內有些選項是不可再次輸 入的，它們會變成灰色的。如果想去掉活塞， 只要選中活塞， 然后按下這個按鈕， 該容 器的活塞就被全部去掉了。11舔/ 去水銀柱用來給玻璃管添加水銀柱或是去掉水銀柱。選中一個空的玻璃管， 然后按下這個按鈕， 就會彈出玻璃管 的屬性設置對話框， 輸入相關的參數就可以了。 目前的版本 內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， 然后按下這個按鈕就 可以了。12舔/ 去閥門用來給容器的底部添加一個閥門。 只要選中該容器， 然后按 下這個按鈕就可以了。如

9、果想去掉一個已經有閥門的容器的閥門，只要選中該容 器，然后按下這個按鈕就可以了。13開關閥門在運行的時候， 你可以按下這個按鈕 （首先在運行前要選中 一個容器） ，這時這個容器的閥門就被打開了， 內部的氣體 和外界就是相通的。也可以按下這個按鈕關上閥門。14固定/ 放開活塞 用來決定容器內的活塞是可以移動的還是被固定的。 只要選 中想固定的活塞然后按下這個按鈕， 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。 當你想把一個固 定的活塞松開時，進行同樣的操作就可以了。15模擬顯示容器壓強按下這個按鈕時， 容器內就有一組點 （點的多少是由氣體的 質量決定的）在運動（運動的快慢是由氣

10、體的溫度決定的） 來模擬表示壓強。如圖：如果不想模擬顯示，只要再次按下這個按鈕就可以了三在熱學部分中的應用這一節(jié)我們將通過幾個具體的例子來說明 仿真物理實驗室 熱學在熱學知識學習當中的應用，同時也方便大家對這 個軟件有進一步的了解。1關系曲線的繪制“新建” 一個實驗項目。首先，點擊“容器”按鈕， 然后在工作區(qū)畫出一個容器，這時彈出屬性設置對話框：進行如圖的設置。氣體質量取 0.001 千克，壓強取150000帕斯卡，體積取 0.01 立方米，外界壓強取 101325帕斯卡。然后我們給容器添加一個恒溫器：設置一個降溫的恒溫器， 可以看到， 現在氣體的溫度已 經給出（根據上面的參數計算得出），設置

11、要達到溫度 為 200K。然后點擊“曲線繪制”按鈕：選中開口容器 0，橫坐標選體積，范圍為0.0080.014 （因為氣體的體積先增大后減小， 原先是 0.01 ，所以選取上下一定范圍），縱坐標選取壓強，范圍為 100000150000 ，然后按下“確定”， “開始”得到下面的內容：可以看到大致上先是一個等溫曲線 （因為實際當中溫度 的變化是個緩慢的過程， 比起壓強差而引起的變化要緩 慢的多），然后是個等壓的過程，因為當容器內的壓強 和外界差別不大， 而溫度還沒有達到預計值， 溫度變化 一點，引起壓強的變化， 進而引起體積的變化以平衡內 外的壓強，于是就得到了上面的曲線。2 等溫線的繪制“新建

12、”一個 實驗項目。首先繪制一個容器，然后輸入相關參數：質量 0.001 千克， 壓強 150000帕斯卡，體積 0.01 立方米 。如圖然后按下“繪制曲線”按鈕，按下圖進行輸入：點擊“確定”開始”，得到曲線如下：經過恰當的設置，可以得到完全的等溫線。3. 等容變化“新建” 一個實驗項目 在工作區(qū)內繪制一個容器， 用一個活塞封閉一定質量的 氣體。我們設置氣體的質量為 0.001 千克，壓強為 101325帕斯卡，溫度為 300 開爾文，外界大氣壓為 101325帕斯卡，氣體種類選氫氣，取理想氣體，容器 設置為器壁完全導熱型， 活塞上不受外力。 即容器屬性 設置框的內容如圖：現在我們把容器的活塞固

13、定起來， 選中容器的活塞， 然 后按下 “固定活塞” 按鈕 就可以了。再給容器添加一個恒溫器， 輸入要達到的溫度為 500 開 爾文。接著我們再繪制出一個 U型管，選擇兩端開口， 注入一 定量的水銀。最后用一根連接管把容器內部和 U型管的一端連接起 來。當選中一個器件時，你可以用鼠標來拖動它，也可 以用鍵盤上的方向鍵來實現它的移動。這時工作區(qū)內的情況如圖：還可以用 “變量輸出” 把容器內氣體的溫度表示出來然后點擊“運行”按鈕，就可以看到，隨著容器內氣體溫度的 上升，U型管中的水銀高度差也開始發(fā)生變化，變的左邊底右 邊高，最后的結果如下圖：4等溫線和絕熱線新建” 一個實驗項目 在工作區(qū)內繪制出一

14、個容器。設置它的屬性為：氣體質量 0.001 千克，氣體壓強 160000 帕斯卡，氣體體積 0.01 立方米，活塞上不受外力，外界壓強為 101325 帕斯卡，選擇 理想氣體，容器器壁類型為完全導熱型，氣體種類為氫氣。然后選中這個容器，點擊鼠標右鍵，才快捷菜單中選取“復制”， 然后在工作區(qū)的空白區(qū)域點擊鼠標右鍵，選取快捷菜單中的 “粘貼”，這樣，工作區(qū)內就有兩個容器了。我們選中其中一 個，點擊鼠標右鍵，選擇快捷菜單中的屬性，就會彈出它的屬 性設置框，在這里把這個容器的器壁類型改變?yōu)橥耆^熱型。我們再用變量輸出把它們的氣體溫度分別表示出來。如圖：然后點擊“繪制曲線” 按鈕，按下圖進行設置：點擊

15、“確定”，然后“運行”，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，用熱力學第一定律可以解釋這個現象。5完全溢出的水銀“新建” 一個實驗項目。點擊 “玻璃管” 按鈕，在工作區(qū)內繪制出一個“玻璃管” ，按 照下面圖中的內容輸入：然后選中玻璃管， 給它添加一個恒溫器， 使玻璃管內氣體的期望溫度為 230 開爾文。如圖：然后點擊“運行”，這時外界大氣壓加上水銀柱產生的壓強比 氣體的壓強小 10000 多帕斯卡，再加上有一個升溫的過程， 所 以水銀柱會向上移動。這是水銀開始溢出的瞬間， 氣體的溫度已經達到了預先設定的值，外界大氣壓加上水銀柱的壓強只比管內氣體的壓強大 1000多帕斯卡，但水銀最終會完全溢出，無論你怎樣調整參數，都 不會發(fā)生這樣的情況， 即水銀溢出了一半就不在溢出了， 這是 因為，每溢出一個單位高度的水銀， 管內氣體的體積是相應的 增大了，壓強也相應的減小了， 但水銀柱產生的壓強也減小了， 而且這個減小的值比管內氣體壓強減小的值要