质量的气体(通过活塞来封闭)-欢迎光临东莞市石碣中学.docx

质量的气体（通过活塞来封闭），而且可以封闭多段气体（通过多活塞来实现）。下面是它的属性设置框：

现在我们来说明一下里面的内容。
左上部为“活塞的受力”，也就是说，你可以在容器的活塞上添加外力。你只要输入大小和选择方向就可以了。这里要注意的一点就是还要输入活塞的面积（没有外力时活塞面积由系统根据气体体积和活塞高度自动计算），这时活塞的高度由系统计算得出。
左中部是容器大小的参数，你可以通过改变它们来改变容器的大小以及活塞的高度（当变成灰色时是不可调的）。
左下部是外界大气压强，你可以根据需要设置这个参数，而且不同的容器可以设置不同的外部环境，这样可以方便比较。
右上部是“输入气体参数”，有四个选项：“气体质量”、“气体压强”、“气体体积”、“气体温度”，你可以都进行输入，但要符合气体关系，也可以只输入其中的任意三个。
旁边有一个选择气体种类的单选框，在这里你可以选择容器内究竟是什麽气体。当你选择混合气体时会弹出下面的窗体：

你可以选择输入，这里的比例是质量比。比如，选中氢气，氦气，氧气，对应的输入分别是1，1，2，那麽，就相当于混合气体的质量为4（相对质量），其中氢气占1（相对质量），氦气占1（相对质量），氧气占2（相对质量）。
右下部是一个单选框，你可以选择容器内的气体是“理想气体”还是“近似实际气体”，它们的内部算法是不一样的。
最下部是容器类型的选择。完全导热”表示容器内的气体和外界环境有完全的热交换，就是说，比如加热或降温时，容器内的气体和外界的环境的温度是同步变化的。“完全绝热”表示容器内部的气体和外界环境完全没有热量的交换。
2．玻璃管
即相当于实际当中的一个玻璃管，你可以在里面用一段水银柱来封闭一定质量的气体，它的属性设置框如图：

这里的气柱长度表示从玻璃管底部到水银柱之间的长度。
要注意的一点就是，这里输入的情况可以是不平衡的，也就是说，外界气体压强、水银柱产生的压强、管内气体的压强三者之间可以不满足和差关系。右边有一个显示相关参数的选择框，你可以根据需要选择在运行时想动态显示的相关参数。
3．U型管
即相当于实际环境当中的U型管，你可以在里面添加水银，可以让它两端都是开口的，也可以封闭其中一个端口或是两个端口都封闭起来。在封闭的情况下还可以进行一端的拖动，这时管内的水银也会发生相应的液面变化，但管的总长度是不变的。下图是它的属性设置框：

这里要说明的一点是，当U型管的端口有封闭时，“气柱长度”表示从管口到水银面的长度。当两个端口都封闭时，只有一个“气柱长度”的输入是有效的（另一个根据其他的参数计算得出）。
另外，当U型管水平放置时是不起作用的。
4．连接管
连接管是用来进行器件间的连接的（目前版本限定于把容器和U型管连接起来，并且只能连接在容器的最底部的气体上）。这里的连接相当于一个压强传感器的作用，即把容器的压强感应给U型管，没有热量以及体积的关联。
要指出的一点是连接管的画发。首先在工作区内点击鼠标左键，然后松开，移动到另外一点，再点击鼠标左键，松开，再到另外一点，当想结束时，双击鼠标左键就可以了。如果中途想取消，只有点击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择取消就可以了。
5．文本注释
用来在工作区内任何需要注释的地方进行文字注释。使用方法是先点击该按钮，然后在工作区内点击鼠标左键，就会弹出下面的窗体：

6．表示变量
用来在工作区内输出你想要实时表示的有关数据，比如容器内气体的压强、温度、体积，玻璃管内的气体的压强、温度、体积等。如果容器封闭了多段气体，那麽它们的编号从容器的底部向上依次是P0，V0，T0，P1，V1，T1等。
如图：

1． 绘制曲线
用来绘制实验中相关气体的关系曲线。
点击该按钮后（如果工作区内有可以绘制曲线的器件如容器和玻璃管）会弹出下面的窗体：

左上部有一个选择框，用来选择要绘制曲线的对象。这里是支持多选的（按住CTRL键进行选择）。
右上部为横纵坐标的选择和坐标范围的选择。比如你想绘制P—V曲线，那麽就应该选择横坐标为体积，纵坐标为压强。至于坐标范围要根据实际的情况进行选择，才能得到效果比较好的曲线。在随后的具体例子当中我们会进行具体的说明。
选择好这些后，点击左部顶端的“运行”按钮，你就可以在下面的图中看到相关的关系曲线了。
8．恒温器
用来改变容器或玻璃管内的气体的温度。下面是它的属性设置框：

你只要先选中一个容器或是玻璃管（有选中标记），然后在点击这个按钮就会弹出这个窗体。“现在气体的温度”是由系统给出的，“需要达到的温度”是需要输入的，可以高出现在的气体的温度，也可以低于现在气体的温度。如果不再需要恒温器，只要选中相关的器件，再点击这个按钮，就可以去掉它了。
9．90度反转
当你选中一个器件时，点击这个按钮，它就会逆时针反转90度，再点击一次，它就再反转90度。
10．舔/去活塞
当你想给容器添加活塞时，只要选中容器，然后再按下这个按钮，就会弹出容器的属性设置对话框，你只要输入相关气体的参数就可以了。
需要说明的一点是，这时该对话框内有些选项是不可再次输入的，它们会变成灰色的。
如果想去掉活塞，只要选中活塞，然后按下这个按钮，该容器的活塞就被全部去掉了。
11．舔/去水银柱
用来给玻璃管添加水银柱或是去掉水银柱。
选中一个空的玻璃管，然后按下这个按钮，就会弹出玻璃管的属性设置对话框，输入相关的参数就可以了。目前的版本内玻璃管还只能有一段水银柱。
如果想去掉水银柱，只要选中水银柱，然后按下这个按钮就可以了。
12．舔/去阀门
用来给容器的底部添加一个阀门。只要选中该容器，然后按下这个按钮就可以了。
如果想去掉一个已经有阀门的容器的阀门，只要选中该容器，然后按下这个按钮就可以了。
13．开关阀门
在运行的时候，你可以按下这个按钮（首先在运行前要选中一个容器），这时这个容器的阀门就被打开了，内部的气体和外界就是相通的。也可以按下这个按钮关上阀门。
14．固定/放开活塞
用来决定容器内的活塞是可以移动的还是被固定的。只要选中想固定的活塞然后按下这个按钮，活塞就被固定了。固定了的活塞的颜色和容器的颜色是不一样的。当你想把一个固定的活塞松开时，进行同样的操作就可以了。
15．模拟显示容器压强
按下这个按钮时，容器内就有一组点（点的多少是由气体的质量决定的）在运动（运动的快慢是由气体的温度决定的）来模拟表示压强。
如图：

如果不想模拟显示，只要再次按下这个按钮就可以了。

三．在热学部分中的应用
这一节我们将通过几个具体的例子来说明《仿真物理实验室—热学》在热学知识学习当中的应用，同时也方便大家对这个软件有进一步的了解。
1．关系曲线的绘制
   “新建”一个实验项目。
首先，点击“容器”按钮，然后在工作区画出一个容器，这时弹出属性设置对话框：

进行如图的设置。气体质量取0.001千克，压强取150000帕斯卡，体积取0.01立方米，外界压强取101325帕斯卡。然后我们给容器添加一个恒温器：

设置一个降温的恒温器，可以看到，现在气体的温度已经给出（根据上面的参数计算得出），设置要达到温度为200K。然后点击“曲线绘制”按钮：

选中开口容器0，横坐标选体积，范围为0.008----0.014（因为气体的体积先增大后减小，原先是0.01，所以选取上下一定范围），纵坐标选取压强，
范围为100000-------150000，然后按下“确定”，“开始”得到下面的内容：

可以看到大致上先是一个等温曲线（因为实际当中温度的变化是个缓慢的过程，比起压强差而引起的变化要缓慢的多），然后是个等压的过程，因为当容器内的压强和外界差别不大，而温度还没有达到预计值，温度变化一点，引起压强的变化，进而引起体积的变化以平衡内外的压强，于是就得到了上面的曲线。
　 2．等温线的绘制
“新建”一个实验项目。
首先绘制一个容器，然后输入相关参数：质量0.001千克，压强150000帕斯卡，体积0.01立方米。如图

然后按下“绘制曲线”按钮，按下图进行输入：

点击“确定”，“开始”，得到曲线如下：

经过恰当的设置，可以得到完全的等温线。
3.等容变化
“新建”一个实验项目。
在工作区内绘制一个容器，用一个活塞封闭一定质量的气体。我们设置气体的质量为0.001千克，压强为101325帕斯卡，温度为300开尔文，外界大气压为101325帕斯卡，气体种类选氢气，取理想气体，容器设置为器壁完全导热型，活塞上不受外力。即容器属性设置框的内容如图：

现在我们把容器的活塞固定起来，选中容器的活塞，然后按下“固定活塞”按钮就可以了。
再给容器添加一个恒温器，输入要达到的温度为500开尔文。
接着我们再绘制出一个U型管，选择两端开口，注入一定量的水银。
最后用一根连接管把容器内部和U型管的一端连接起来。当选中一个器件时，你可以用鼠标来拖动它，也可以用键盘上的方向键来实现它的移动。
这时工作区内的情况如图：

还可以用“变量输出”把容器内气体的温度表示出来。
然后点击“运行”按钮，就可以看到，随着容器内气体温度的上升，U型管中的水银高度差也开始发生变化，变的左边底右边高，最后的结果如下图：

4．等温线和绝热线
“新建”一个实验项目。
在工作区内绘制出一个容器。设置它的属性为：
气体质量0.001千克，气体压强160000帕斯卡，气体体积0.01立方米，活塞上不受外力，外界压强为101325帕斯卡，选择理想气体，容器器壁类型为完全导热型，气体种类为氢气。
然后选中这个容器，点击鼠标右键，才快捷菜单中选取“复制”，然后在工作区的空白区域点击鼠标右键，选取快捷菜单中的“粘贴”，这样，工作区内就有两个容器了。我们选中其中一个，点击鼠标右键，选择快捷菜单中的属性，就会弹出它的属性设置框，在这里把这个容器的器壁类型改变为完全绝热型。
我们再用变量输出把它们的气体温度分别表示出来。
如图：

然后点击“绘制曲线”按钮，按下图进行设置：

点击“确定”，然后“运行”，得到下图：

可以看到，比较“陡”的那条是绝热线，比较“缓”的那条是等温线，用热力学第一定律可以解释这个现象。
5．完全溢出的水银
“新建”一个实验项目。
点击“玻璃管”按钮，在工作区内绘制出一个“玻璃管”，按照下面图中的内容输入：

然后选中玻璃管，给它添加一个恒温器，使玻璃管内气体的期望温度为230开尔文。如图：

然后点击“运行”，这时外界大气压加上水银柱产生的压强比气体的压强小10000多帕斯卡，再加上有一个升温的过程，所以水银柱会向上移动。

这是水银开始溢出的瞬间，气体的温度已经达到了预先设定的值，外界大气压加上水银柱的压强只比管内气体的压强大1000多帕斯卡，但水银最终会完全溢出，无论你怎样调整参数，都不会发生这样的情况，即水银溢出了一半就不在溢出了，这是因为，每溢出一个单位高度的水银，管内气体的体积是相应的增大了，压强也相应的减小了，但水银柱产生的压强也减小了，而且这个减小的值比管内气体压强减小的值要大的多，所以，水银最终会完全溢出的。如图：

但是，如果把玻璃管的口向下，来做一个类似的实验，你会发现，只要参数输入合理，会发生这样的情况：水银溢出了一部分之后就不再溢出了，也就是说，外界大气压和水银柱产生的压强还有管内气体的压强可以达到平衡。这是一个很有趣的现象，大家可以亲自动手，做做看。

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5.《仿真物理实验室》的教学案例
《仿真物理实验室》推出后，首先受到了广大教师的关注。通过学习与研究，很多的教师已经在日常的物理教学中使用她了，并形成了一些教学案例。