【分析】①根据活塞处于平衡状态可以求出被封闭气体压强。
②封闭气体的体积缩小,外界对气体做功,气体的温度不变,内能不变,因此根据热力学第一定律可求出传递的热量Q。
【解答】解:①设封闭气体的压强为p,活塞受力平衡,则 p0S+mg=pS 解得 p=p0+
(2)由于气体的温度不变,则内能的变化△U=0
被封闭气体体积缩小,外界对气体做功为:W=pSh=(p0s+mg)h 由热力学第一定律有△U=W﹣Q 可得:放热 Q=(p0S+mg)h。 答:
①活塞停在B点时缸内封闭气体的压强是p0+
;
②设周围环境温度保持不变,整个过程中通过缸壁放热Q是(p0S+mg)h。 【点评】封闭气体的压强可通过宏观的受力平衡求解,也可从理想气体状态方程求解,此外对于热力学第一定律要熟练掌握,明确各个字母的含义,注意各个量的符号。
44.如图所示,两玻璃管内径相同,底部用细管相连,开始两管内水平面相平,水银柱长10cm,管内空气柱高20cm,用阀门将右管口封闭,用活塞封闭左管口,缓慢推动活塞压缩左管内气体,使左管内的水印恰好全部进入右管,然后保持活塞位置不动,已知大气压为75cmHg,细管容器忽略不计,环境温度保持不变,求:
①左管活塞下移的距离(结果保留两位有效数字);
②将右管上端的阀门缓慢开启,计算说明右管内水银是否会溢出。
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【分析】①设左侧气体的压强为p,对左侧气体由玻意耳定律列式,再对右侧气体由玻意耳定律列式,联立解得;
②右管阀门打开后假设水银不溢出,由玻意耳定律列式求解即可。 【解答】解:①设左侧气体的压强为p,对左侧气体由玻意耳定律有: p0L0=p左L左
对右侧气体:气体压强为:
p右=p左﹣20,L右=20﹣10=10,p0L0=p右L右, 解得:L左=8.8cm
活塞下移的距离为:x=30cm﹣L左=21cm
②右管阀门打开后假设水银不溢出,左侧气体压强变为: p=p0+20,p0L0=pL' 解得:L'=15.8cm
因为L'+20=35.8cm<(8.8+30)cm.故水银不溢出 答:①左管活塞下移的距离为21cm;
②将右管上端的阀门缓慢开启,右管内水银不会溢出。
【点评】该题考查理想气体的状态方程的应用,要先根据玻意耳定律求解气体压缩后的压强。会确定封闭气体的压强是基础。
45.如图所示,在水平地面上固定一个内壁光滑、内横截面积为S的气缸,气缸上顶部开﹣很小的孔与外界大气相通,已知外界的大气压强为P0.缸内有﹣质量为m、不计厚度的光滑圆柱形活塞,当活塞下面气体的热力学温度为T0时,活塞位于气缸的中央。若通过缸内底部的电热丝缓慢加热气体,求: (i)当活塞恰好到达气缸顶部时,活塞下面气体的温度T1; (ii)当活塞下面的气体的温度达到T2=3T0时,其压强的大小。
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【分析】(i)缓慢加热气体,活塞上升,气体发生等压变化,根据盖吕萨克定律列式求解;
(ii)活塞到达顶部后,温度继续升高,气体发生等容变化,根据查理定律即可求解。
【解答】解:(i)气体发生等压变化,由盖﹣吕萨克定律得:
得:
(ii)到达气缸顶后,继续升温,气体发生等容变化,根据查理定律得
得:
答:(i)当活塞恰好到达气缸顶部时,活塞下面气体的温度为2;
(ii)当活塞下面的气体的温度达到T2=3T0时,其压强的大小为
【点评】本题考查气体实验定律的应用,关键是确定状态变化的过程,确定状态参量,选择合适的实验定律求解。
46.如图所示,一定质量的理想气体经历了AB、BPC、CA三个变化过程,回到初始状态.已知在p﹣V图象中AB是一段以O′点为圆心的圆弧,理想气体在状态A时的温度为127℃.求: (1)理想气体状态P时的温度Tp.
(2)从A到B过程中气体放出的热量(已知p﹣V图象与横轴所围成面积表示
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功).
【分析】(1)根据理想气体状态方程求P状态的温度
(2)先根据图象面积求外界对气体所做的功,再根据热力学第一定律求气体放出的热量
【解答】解:(1)状态A:pA=1×105pa VA=8L TA=273+127=400K 状态P:pP=1.5×105pa VP=4L TP=? 根据理想气体状态方程,有
代入数据:解得:TP=300K
(2)A到B过程中外界对气体所做的,图线与坐标轴围成的面积大约5格 W=5×0.5×105×2×10﹣3=500J 根据
=C知,TA=TB
所以A到B过程中内能不变△U=0 根据热力学第一定律△U=W+Q 得Q=﹣500J,气体放出的热量是500J
答:(1)理想气体状态P时的温度TP为300K. (2)从A到B过程中气体放出的热量500J
【点评】题是理想气体状态方程和热力学第一定律的综合应用.运用热力学第一定律时,要明确符号法则,凡能使气体内能增加的量,是正值,否则为负值
47.如图所示,玻璃管A上端封闭,B上端开口且足够长,两管下端用橡皮管连接起来,A管上端被一段水银柱封闭了一段长为6cm的气体,外界大气压为75cmHg,左右两水银面高度差为5cm,温度为t1=27℃.
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