- 玻意耳定律(等温定律)
- 共240题
(9分) 图中系统由左右连个侧壁绝热、底部、截面均为S的容器组成。左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭。两个容器的下端由可忽略容积的细管连通。容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气,B上方封有氢气。大气的压强p0,温度为T0=273K,连个活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1 p0。系统平衡时,各气体柱的高度如图所示。现将系统的底部浸入恒温热水槽中,再次平衡时A上升了一定的高度。用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定,第三次达到平衡后,氢气柱高度为0.8h。氮气和氢气均可视为理想气体。求
(ⅰ)第二次平衡时氮气的体积;
(ⅱ)水的温度。
正确答案
(1)2.7hS ;(2)368.55K;
试题分析:(1)以氢气为研究对象,初态压强为p0,体积为hS,末态体积为0.8hS.
气体发生等温变化,由玻意耳定律得:p0V1=p2V2,即:p0hS=p×0.8hS,解得:p=1.25p0 ①
活塞A从最高点被推回第一次平衡时位置的过程是等温过程.
该过程的初态压强为1.1p0,体积为V;末态的压强为p′,体积为V′,
则p′=p+0.1p0=1.35p0 ②V′=2.2hS ③
由玻意耳定律得:1.1p0×V=1.35p0×2.2hS,解得:V=2.7hS ④
(2)活塞A从最初位置升到最高点的过程为等压过程.该过程的初态体积和温度分别为2hS和T0=273K,末态体积为2.7hS.设末态温度为T,由盖-吕萨克定律得:,解得:T=368.55K;
如图所示,一个开口向上的圆筒气缸直立于地面上,距缸底处固定一个中心开孔的隔板a,在小孔处装有一个只能向下开启的单向阀门b,即只有当上部压强大于下部压强时,阀门开启,c为一质量与摩擦均不计的活塞,开始时隔板以下封闭空气压强为2
(
为大气压),隔板以上由活塞c封闭空气压强为
,活塞c与隔板距离为
.现缓慢地将铁砂加在活塞c上,已知铁砂质量为
时,可产生向下的压强为
,并设气体温度保持不变,活塞、缸壁与隔板厚度均可不计,求:
(1)当堆放铁砂质量为时,活塞c距缸底高度是多少?
(2)当堆放铁砂质量为时,缸内各部分气体压强是多少?
正确答案
(1) (2)4P0
(1)堆放铁砂时,阀门已开启.
对隔板上部气体:
得.
对隔板下部气体:
得
∴活塞C距缸底高为L=
(2)堆放铁砂时,阀门仍开启.
对全部气体:3·
·xS得x=
(∵C不会越过隔板,不合理).
实际上,活塞C压在隔板上,气体体积为,则
,
即
【选修3-3选做题】
内壁光滑的导热汽缸竖直浸入在盛有冰水混合物的水槽中,用不计质量的活塞封闭压强为1.0×105 Pa,体积为2.0×10-3 m3的理想气体,现在活塞上缓慢倒上沙子,使封闭气体的体积变为原来的一半。求:
(1)气缸内气体的压强;
(2)若封闭气体的内能仅与温度有关,在上述过程中外界对气体做功145 J,封闭气体吸收还是放出热量?热量是多少?
正确答案
解:(1)等温过程,由玻意耳定律得
(2)温度不变,则内能不变,即△U=0
由△U=W+Q得Q=-W=-145 J
即气体放出145 J的热量
【选修3-3选做题】
图示水平放置的、气缸的长度和截面积均为20 cm和10 cm2,是可在气缸内无摩擦滑动的、厚度不计的活塞,为阀门,整个装置均由导热材料制成.开始阀门关闭,内有压强为A=2.0×105 Pa 的氮气,内有压强为B=1.2×105 Pa的氧气;阀门打开后,活塞向右移动,最后达到平衡,试求活塞移动的距离及平衡后中气体的压强.
正确答案
解:设活塞移动的距离为,平衡后中气体压强为,由玻意耳定律得
对部分气体有:
对部分气体有:
代入相关数据解得:,
(选修模块3—3)(7分)
(1)(3分)关于热现象和热学规律,以下说法正确的有
(2)(4分)一气象探测气球,在充有压强为1.OOatm(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36.0cmGg,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
(3)若忽略气球内分子间相互作用,停止加热后,气球内气体吸热还是放热?简要说明理由
正确答案
(1)BC
(2)①根据玻意耳定律p1V1=p2V2①式. 由①式得V2=7.39m3……………………1分
②在停止加热较长一段时间后,氦气的温度逐渐从T1=300K下降到与外界气体温度相同,即T2=225K.这是一等压过程.根据盖—吕萨克定律有V2/T1=V3/T2②…………1分
由②式得V3=5.54m3.…………………………………………………………1分
③温度降低,分子平均动能减少,内能减少;体积减少,外界对气体做功,由热力学第一定律得,气体对外放热.…………………………………………………………1分
(1)电流通过电阻后电阻发热,它的内能增加是通过电场力做功的方式实现的,所以A错误。晶体熔化时吸收热量,但是温度没有升高,所以分子平均动能不变,D错误。答案选BC。
(2)①根据玻意耳定律p1V1=p2V2①式. 由①式得V2=7.39m3
②在停止加热较长一段时间后,氦气的温度逐渐从T1=300K下降到与外界气体温度相同,即T2=225K.这是一等压过程.根据盖—吕萨克定律有V2/T1=V3/T2②
由②式得V3=5.54m3.
③温度降低,分子平均动能减少,内能减少;体积减少,外界对气体做功,由热力学第一定律得,气体对外放热.
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