【分析】(1)根据玻意耳定律求出封闭气体的压强,结合受力平衡求重物的质量 (2)气体发生等压变化,根据盖﹣吕萨克定律列式即可求解 【解答】解:(1)以封闭气体为研究对象,初状态:
末状态:
根据玻意耳定律得:
解得:
对活塞和重物整体:
代入数据解得:m=10kg (2)气体等压膨胀,初状态:末状态:
根据盖﹣吕萨克定律得:
解得:即:
答:(1)在活塞上放一个质量10kg的重物,可使气缸内气体的体积变为原来体积?
(2)要使压缩后气体的体积恢复到原来的体积V,应使气体温度升高167摄氏度
【点评】此类多过程并且涉及到多个物理量的问题一定要分别找出每个过程对应
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的物理量,结合适当的规律解题.
5.一定质量的理想气体由状态A→B→C变化,其有关数据如图所示.已知状态A、C的温度均为27℃,求: ①该气体在状态B的温度;
②上述过程气体从外界吸收的热量.
【分析】①气体由状态A到状态B发生等容变化,由查理定律可求出状态B的温度;
②先求出气体对外做的功,根据热力学第一定律即可求解气体从外界吸收的热量; 【解答】解:因为状态A、C的温度均为27℃,①状态A到状态B为等容变化
代入数据
得:TB=120K 即为:
②状态A到状态B为等容过程,外界对气体不做功; 状态B到状态C:
W=﹣pB(VC﹣VB)=﹣2×105×(2.5﹣1.0)J=﹣3×105 J TA=TC,△U=0 由热力学第一定律 △U=Q+W
代入数据得Q=3×105 J 即气体从外界吸收热量为3×105 J 答:①该气体在状态B的温度为﹣153℃;
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②上述过程气体从外界吸收的热量为
【点评】本题考查了求气体温度、气体吸热与放热情况,分析清楚图示图象,判断出气体状态变化过程求出气体的状态参量是解题的前提与关键,应用查理定律与热力学第一定律可以解题.
6.如图所示,用导热性能良好的气缸和活塞封闭一定质量的理想气体,活塞厚度及其与气缸之间的摩擦不计.现将气缸放置在光滑水平面上,活塞与水平轻弹簧连接,弹簧另一端固定在竖直墙壁上.已知气缸的长度为2L,活塞的横截面积为S,此时封闭气体的压强为P0,活塞到缸口的距离为L,大气压强恒为p0,现用外力向左缓慢移动气缸,当气缸的位移为L时,活塞到缸口的距离为L. (1)求弹簧的劲度系数k;
(2)若在上述条件下保持气缸静止,缓慢降低外界温度,使活塞距离缸口仍为L,求此时气体的热力学温度与其原来的热力学温度的比值.
【分析】(1)气体发生等温变化,根据题意求出气体的状态参量,应用玻意耳定律求出气体末状态的压强,然后求出弹簧的劲度系数.
(2)气体发生等容变化,求出气体的状态参量,然后应用查理定律求出气体的温度之比.
【解答】解:(1)以气缸内气体为研究对象,气体发生等温变化, 气体初状态的参量:P1=P0,V1=LS,V2=(2L﹣L)S=LS, 由玻意耳定律得:P1V1=P2V2,即:P0LS=P2×LS,
解得:P2=P0=P0﹣
,解得:k=;
(2)活塞到缸口距离为L时,弹簧的伸长量为L, 此时气体的压强:P3=P0﹣
=P0,
气体初状态的状态参量为:P1=P0,T1=T0,
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由查理定律得:=,则:==;
=;
答:(1)弹簧的劲度系数k为
(2)此时气体的热力学温度与其原来的热力学温度的比值为.
【点评】本题考查了求弹簧的劲度系数、气体的温度之比问题,认真审题理解题意、分析清楚气体状态变化过程、求出弹簧的形变量是解题的关键,应用玻意耳定律与查理定律可以解题.
7.一足够高的内壁光滑的导热气缸竖直地浸在盛有冰水混合物的水槽中,用不计质量的活塞封闭了一定质量的理想气体,如图所示.开始时,气体的体积为2.0×10﹣3m3,现缓慢地在活塞上倒上一定量的细沙,活塞静止时气体的体积恰好变为原来的一半,然后将气缸移出水槽,缓慢加热,使气体温度变为137℃(大气压强为1.0×105Pa).
(1)求气缸内气体最终的压强; (2)求气缸内气体最终的体积.
【分析】(1)气体先发生等温变化,然后发生等压变化,根据题意求出气体的状态参量,应用玻意耳定律可以求出气体的压强;
(2)根据题意求出气体的状态参量,然后应用盖吕萨克定律求出气体的体积. 【解答】解:(1)气体的初状态参量:P1=1.0×105Pa,V1=2.0×10﹣3m3,T1=273K, 气体的末状态参量:P2=?,V2=1.0×10﹣3m3,T2=273K 气体先发生等温变化,由玻意耳定律得: P1V1=P2V2, 解得:P2=
=
=2.0×105Pa;
(2)气体初状态参量:V2=1.0×10﹣3m3,T2=273K,气体末状态参量:T3=273+137=410K,
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