- 盖—吕萨克定律(等压定律)
- 共127题
【选修3-3选做题】
如图所示,两个可导热的气缸竖直放置,它们的底部都由一细管连通(忽略细管的容积)。两气缸各有一个活塞,质量分别为m1和m2,活塞与气缸无摩擦。活塞的下方为理想气体,上方为真空。当气体处于平衡状态时,两活塞位于同一高度h。(已知m1=3m,m2=2m)
(1)在两活塞上同时各放一质量为m的物块,求气体再次达到平衡后两活塞的高度差(假定环境温度始终保持为T0)。
(2)在达到上一问的终态后,环境温度由T0缓慢上升到T,试问在这个过程中,气体对活塞做了多少功?气体是吸收还是放出了热量?(假定在气体状态变化过程中,两物块均不会碰到气缸顶部)。
正确答案
解:(1)设左、右活塞的面积分别为A'和A,由于气体处于平衡状态,故两活塞对气体的压强相等,即:
由此得:
在两个活塞上各加一质量为m的物块后,右活塞降至气缸底部,所有气体都在左气缸中
在初态,气体的压强为,体积为
;在末态,气体压强为
,体积为
(x为左活塞的高度)
由玻意耳-马略特定律得:
解得:,即两活塞的高度差为
(2)当温度由T0上升至T时,气体的压强始终为,设x'是温度达到T时左活塞的高度,由盖·吕萨克定律得:
活塞对气体做的功为:
在此过程中气体吸收热量
如图所示,两个可导热的气缸竖直放置,它们的底部都由一细管连通(忽略细管的容积)。两气缸各有一个活塞,质量分别为m1和m2,活塞与气缸无摩擦。活塞的下方为理想气体,上方为真空。当气体处于平衡状态时,两活塞位于同一高度h。(已知m1=3m,m2=2m)
(1)在两活塞上同时各放一质量为m的物块,求气体再次达到平衡后两活塞的高度差(假定环境温度始终保持为T0)。
(2)在达到上一问的终态后,环境温度由T0缓慢上升到T,试问在这个过程中,气体对活塞做了多少功?气体是吸收还是放出了热量?(假定在气体状态变化过程中,两物块均不会碰到气缸顶部)。
正确答案
解:(1)设左、右活塞的面积分别为A'和A,由于气体处于平衡状态,故两活塞对气体的压强相等,即:
由此得:
在两个活塞上各加一质量为m的物块后,右活塞降至气缸底部,所有气体都在左气缸中
在初态,气体的压强为,体积为
;在末态,气体压强为
,体积为
(x为左活塞的高度)
由玻意耳-马略特定律得:
解得:,即两活塞的高度差为
(2)当温度由T0上升至T时,气体的压强始终为,设x'是温度达到T时左活塞的高度,由盖·吕萨克定律得:
活塞对气体做的功为:
在此过程中气体吸收热量
一个内壁光滑的圆柱形气缸,质量为M,高度为L,底面积为S。缸内有一个质量为m的活塞,封闭了一定质量的理想气体,不计活塞厚度。温度为t0时,用绳子系住活塞将气缸悬挂起来,气缸内气体高为L1,如图甲所示。如果用绳子系住气缸底,将气缸倒过来悬挂起来,气缸内气体高为L2,如图乙所示。设两种情况下气缸都处于竖直状态,求:
(1)当时的大气压强;
(2)图乙状态时温度升高到多少℃时,活塞将与气缸脱离?
正确答案
解:(1)
所以
可解得
(2)
得
如图(a)所示,一导热性能良好、内壁光滑的气缸水平放置,横截面积为=2×10-3 m2、质量为=4kg厚度不计的活塞与气缸底部之间封闭了一部分气体,此时活塞与气缸底部之间的距离为24cm,在活塞的右侧12cm处有一对与气缸固定连接的卡环,气体的温度为300K,大气压强0=1.0×105Pa。现将气缸竖直放置,如图(b)所示,取=10m/s2。求:
(1)活塞与气缸底部之间的距离;
(2)加热到675K时封闭气体的压强。
正确答案
解:(1),1=24,2=2
由等温变化
得
(2)设活塞到卡环时温度为3,此时3=36由等压变化
得
由540K到675K等容变化
由
得
一气象探测气球,在充有压强为1.00atm(即76.0cmHg)、温度为27.0℃的氦气时,体积为3.50m3。在上升至海拔6.50km高空的过程中,气球内氦气逐渐减小到此高度上的大气压36.0cmHg,气球内部因启动一持续加热过程而维持其温度不变。此后停止加热,保持高度不变。已知在这一海拔高度气温为-48.0℃。求:
(1)氦气在停止加热前的体积;
(2)氦气在停止加热较长一段时间后的体积。
正确答案
解:(1)在气球上升至海拔6.50km高空的过程中,气球内氦气经历一等温过程
根据玻意耳-马略特定律有①
式中,是在此等温过程末氦气的体积
由①式得 ②
(2)在停止加热较长一段时间后,氦气的温度逐渐从下降到与外界气体温度相同,即
。这是一等过程根据盖-吕萨克定律有
③
式中,是在此等压过程末氦气的体积。由③式得
④
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