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题型:简答题
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简答题

如图所示,教室内用截面积为O.2m2的绝热活塞,将一定质量的理想气体封闭 在圆柱形汽缸内,活塞与汽缸之间无摩擦.a状态是汽缸放在冰水混合物中气体达到的平衡状态,活塞离汽缸底部的局度为0.6m;b状态是汽缸从容器中移出后达到的平衡状态,活塞离 汽缸底部的高度为0.65m.设室内大气压强始终 保持1.0×105Pa,忽略活塞质量.

(1)求教室内的温度;

(2)若气体从a状态变化到b状态的过程中,内能增加了56OJ,求此过程中气体吸收的热量.

正确答案

解:(1)由题意知气体是等压变化,设教室温度为T2

==295.75K

(2)气体对外做功为W=P0s(h2-h1)=1×105×0.2×(0.65-0.6)J=103J

由热力学第一定律得

Q=△U-W=560J-(-1000)J=1560J

答:(1)求教室内的温度295.75K;

(2)此过程中气体吸收的热量为1560J.

解析

解:(1)由题意知气体是等压变化,设教室温度为T2

==295.75K

(2)气体对外做功为W=P0s(h2-h1)=1×105×0.2×(0.65-0.6)J=103J

由热力学第一定律得

Q=△U-W=560J-(-1000)J=1560J

答:(1)求教室内的温度295.75K;

(2)此过程中气体吸收的热量为1560J.

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简答题

如图,A容器容积为10L,里面充满12atm、温度为27℃的理想气体,B容器是真空.现将A中气体温度升高到400K,然后打开阀门S,将A中的气体释放一部分到B容器,当A容器内压强降到4atm时,关闭阀门,这时B容器内的压强是3atm.不考虑气体膨胀过程中温度的变化,则B容器的容积为多大?

正确答案

解:设A容器容积为VA,温度T0=(273+27)K=300 K时,压强为p0;温度升高到T1=400 K时,压强为p1   

根据查理定律有:        

解得p1=16 atm                   

对于气体膨胀过程,为等温变化,以膨胀后A中气体为研究对象,

初态:p1′=16 atm,体积为V1

末态:p2′=4 atm,V2′=VA=10 L       

根据玻意耳定律有p1′V1′=p2′V2

得V1′=2.5 L.

对B中气体

初态:p=16 atm   V=VA-V1′=7.5 L

末态:p′=3 atm,V′=VB  

同理有pV=p′V′

得VB=V′=40L 

答:B容器的容积为 40L.

解析

解:设A容器容积为VA,温度T0=(273+27)K=300 K时,压强为p0;温度升高到T1=400 K时,压强为p1   

根据查理定律有:        

解得p1=16 atm                   

对于气体膨胀过程,为等温变化,以膨胀后A中气体为研究对象,

初态:p1′=16 atm,体积为V1

末态:p2′=4 atm,V2′=VA=10 L       

根据玻意耳定律有p1′V1′=p2′V2

得V1′=2.5 L.

对B中气体

初态:p=16 atm   V=VA-V1′=7.5 L

末态:p′=3 atm,V′=VB  

同理有pV=p′V′

得VB=V′=40L 

答:B容器的容积为 40L.

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简答题

一太阳能空气集热器,底面及侧面为隔热材料,顶面为透明玻璃板,集热器容积为v0,开始时内部封闭气体的压强为p0.经过太阳曝晒,气体温度由T0=300K升至T1=3500K.

(1)求此时气体的压强.

(2)保持T1=3500K不变,缓慢抽出部分气体,使气体压强再变回到p0.求集热器内剩余气体的质量与原来总质量的比值.判断在抽气过程中剩余气体是吸热还是放热,并简述原因.

正确答案

解:(1)设升温后气体的压强为P1

由查理定律得

解得:P1=       ②

(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后气体的总体积为V,

由玻意耳定律得:P1V0=P0V   ③

联立②③式得:V=       ④

设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k,

由题意得k:k=   ⑤

联立④⑤式得:k=   ⑥

气体要吸热.因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能不变,二剩余气体膨胀对外做功,所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热.

答:(1)此时气体的压强P1=

(2)吸热.因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能不变,二剩余气体膨胀对外做功,所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热.

解析

解:(1)设升温后气体的压强为P1

由查理定律得

解得:P1=       ②

(2)抽气过程可等效为等温膨胀过程,设膨胀后气体的总体积为V,

由玻意耳定律得:P1V0=P0V   ③

联立②③式得:V=       ④

设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k,

由题意得k:k=   ⑤

联立④⑤式得:k=   ⑥

气体要吸热.因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能不变,二剩余气体膨胀对外做功,所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热.

答:(1)此时气体的压强P1=

(2)吸热.因为抽气过程中剩余气体温度不变,故内能不变,二剩余气体膨胀对外做功,所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热.

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简答题

如图所示,薄壁光滑导热良好的气缸放在光滑水平面上,用横截面积为S=1.0×10-2m2的薄活塞封闭一定质量的理想气体,活塞另一端固定在墙上.外界大气压强P0=1.0×105Pa.当环境温度为27℃时,密闭气体的体积为2.0×10-3m3

(1)当环境温度为87℃时,气缸自由移动了多少距离?

(2)如果环境温度保持在87℃,对气缸施加水平作用力,使缸内气体体积缓慢地恢复到原来数值,这时气缸受到的水平作用力多大?

(3)若气缸容积为V=4.2×10-3m3,要在环境温度为27℃时,用水平向左的力F=500N缓慢拉动气缸,则能否将气缸拉离活塞?

正确答案

解:(1)气体等压变化  

解得

气缸移动的距离为:

(2)从开始状态到最后状态,气体等容变化  

解得:

活塞受力平衡,有P3S=P0S+F      

故F=(P3-P0 )S=2×104×10-2N=200N 

(3)对气缸,

假设没拉出,根据玻意耳定律,有P1V1=P2V2    

解得

∵V4<V,

∴不能拉离活塞.

解析

解:(1)气体等压变化  

解得

气缸移动的距离为:

(2)从开始状态到最后状态,气体等容变化  

解得:

活塞受力平衡,有P3S=P0S+F      

故F=(P3-P0 )S=2×104×10-2N=200N 

(3)对气缸,

假设没拉出,根据玻意耳定律,有P1V1=P2V2    

解得

∵V4<V,

∴不能拉离活塞.

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简答题

如图所示,内截面积为S=10-4m2、足够高的圆柱形气缸开口向上竖直放置在水平面上,缸内离底部高为h1=0.08m处有一质量为m=0.2kg的活塞封住一定质量的理想气体,气体温度为t1=27℃,大气压强为p0=1.0×105Pa,重力加速度为g=10m/s2.问:

(1)若把活塞用销子固定住,再将气体温度升高到t2=102℃,此时缸内气体的压强p2为多大?

(2)若在初始条件下,保持气体温度不变,把气缸倒过来,开口向下竖直放置,此时活塞与气缸底的距离h2为多大?

正确答案

解;(1)初态:      T1=300K     T2=375K

封闭气体做等容变化,根据查理定律得:

代入数据求得:p2=1.5×105Pa

(2)

封闭气体做等温变化,根据玻意耳定律得:p1h1S=p3h2S

代入数据求得:h2=12cm

答:(1)缸内气体的压强p2为1.5×105Pa

(2)活塞与气缸底的距离h2为12cm.

解析

解;(1)初态:      T1=300K     T2=375K

封闭气体做等容变化,根据查理定律得:

代入数据求得:p2=1.5×105Pa

(2)

封闭气体做等温变化,根据玻意耳定律得:p1h1S=p3h2S

代入数据求得:h2=12cm

答:(1)缸内气体的压强p2为1.5×105Pa

(2)活塞与气缸底的距离h2为12cm.

下一知识点 : 盖—吕萨克定律(等压定律)
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