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简答题

通过热学的学习,我们知道,气体的压强跟气体的温度有关。一定质量的气体在体积不变的情况下,气体温度升高时压强增大,气体温度降低时压强减小。1787年法国科学家查理通过实验研究,发现所有的气体都遵从这样的规律:一定质量的气体,在体积不变的情况下,温度每升高(或降低)1℃,增加(或减小)的压强等于它在0℃时压强的。                   

(1)根据查理发现的规律,试写出一定质量的气体在体积不变的情况下,其压强与温度

t(摄氏温度)之间的函数关系式。

(2)根据查理发现的规律的表述可知,一定质量的气体在体积不变的情况下,其压强与摄氏温度t不成正比,若定义一种新的温度T,使查理发现的规律这样表述:一定质量的气体在体积不变的情况下,其压强与温度T成正比。试通过计算导出温度T与摄氏温度t的关系式。

正确答案

(1)Pt= P0(1+)(2)T=273+t

(1)设0℃时的压强为P0t℃时的压强为Pt

根据查理发现的规律的表述,得:

       (Pt-P0)/t=P0/273

整理得:Pt= P0(1+)                        (7分)

(2)设温度为t1时的压强为P1, 温度为t2时的压强为P2,有:

P1= P0(1+t1

P2= P0(1+t2

所以有:P1/ P2=(273+t1)/(273+t2

要使    P1/ P2=T1/T2

则有:  T=273+t                                  (15分)

(其它推导只要合理均给分)

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(09·宁夏物理·34)(1)带有活塞的汽缸内封闭一定量的理想气体。气体开始处于状态a,然后经过过程ab到达状态b或进过过程ac到状态c,b、c状态温度相同,如V-T图所示。设气体在状态b和状态c的压强分别为Pb、和PC,在过程ab和ac中吸收的热量分别为Qab和Qac,则        (填入选项前的字母,有填错的不得分)     (     )

A. Pb >Pc,Qab>Qac

B. Pb >Pc,Qabac

C. Pb c,Qab>Qac

D. Pb c,Qabac

(2)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

(i)(ii)

(i)考虑氢气的等温过程。该过程的初态压强为,体积为hS,末态体积为0.8hS。

设末态的压强为P,由玻意耳定律得

             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1.1,体积为V;末态的压强为,体积为,则

               ②

                         ③

由玻意耳定律得

                 ④

(i i) 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,末态体积为。设末态温度为T,由盖-吕萨克定律得

                   ⑤

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(12分)如图所示,一导热性能良好的容器水平放置,两端是直径不同的两个圆筒,里面各有一个活塞,其横截面积分别为,质量分别是。它们之间用一质量不计的轻质细杆相连。两活塞可在筒内无摩擦滑动,但不漏气。在气温是-23℃时,用销子M把B拴住,并把阀门K打开,使容器和大气相通,随后关闭K,此时两活塞间气体体积是300cm3,当气温升到T时把销子M拔去。若刚拔去销子M时两活塞的加速度大小为l.2m/s2(设大气压强为l.0×105Pa不变,容器内气体温度始终和外界气温相同。)

(1)分析说明刚拔去销子M时两活塞的加速度的方向。

(2)求温度T为多少?

正确答案

T2=300K

选取活塞和杆为研究对象,当拔去M时,其受力情况分析如下图所示。根据牛顿第二定律  

   

得:

根据查理定律 得T2=300K

本题考查气体压强公式和牛顿第二定律,以活塞和杆为研究对象,分析受力情况,应用牛顿第二定律列式求解

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如图所示,两个截面积都为S的圆柱形容器,右边容器高为H,上端封闭,左边容器上端是一个可以在容器内无摩擦滑动的质量为M的活塞。两容器由装有阀门的极细管道相连,容器、活塞和细管都是绝热的。开始时阀门关闭,左边容器中装有理想气体,平衡时活塞到容器底的距离为H,右边容器内为真空。现将阀门缓慢打开,活塞便缓慢下降,直至系统达到新的平衡,此时理想气体的温度增加为原来的1.4倍,已知外界大气压强为p0,求此过程中气体内能的增加量。

正确答案

 

试题分析:理想气体发生等压变化。设气体压强为p,活塞受力平衡

                             1分

设气体初态的温度为T,系统达到新平衡时活塞下降的高度为x,由盖——吕萨克定律

                         2分

解得                                1分

又系统绝热,即Q=0                         1分

外界对气体做功为                2分

根据热力学第一定律有           1分

所以           2分

点评:本题难度中等,处理气体状态方程问题时,明确初末状态以及初末状态下各物理量的关系

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如图所示为验证查理定律的实验装置,A为烧瓶,内贮空气,B为水银压强计(两管粗细相同)。由于组装不慎,U形管左侧水银柱10cm下方有一段4cm的空气柱,左侧水银柱上表面齐标志线E。开始时烧瓶所在水槽内水温为7℃,U形管两边水银面相平。当水温升至63℃时,上下调整右边开口水银管,使左侧水银柱上表面齐标志线E。此时

(1)左侧管内空气柱变为多长?

(2)右侧管内水银面高度将升高多少?(已知大气压=76cmHg)

正确答案

(1)  3.5cm    (2)16.5cm

下一知识点 : 气体等容变化的P-T图象
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