问题 问答题

[物理-选修3-3]

(1)带有活塞的气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或经过过程ac到达状态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,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,Qab<Qac

C.Pb<Pc,Qab>Qac D.Pb<Pc,Qab<Qac

(2)图中系统由左右两个侧壁绝热、底部导热、截面均为左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭.两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.大气的压强为P0,温

度为T0=273K,两活塞因自身重量对下方气体产生的附加压强均为0.1P0.系统平衡时,各气柱的高度如下图所示.现将系统底部浸入恒温热水槽中,再次平衡时A上升了一定高度.用外力将A缓慢推回第一次固定,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

(ⅰ)第二次平衡时氮气的体积;

(ⅱ)水的温度.

答案

(1)A、B、根据理想气体状态方程

PV
T
=C,

整理可得:V=

C
P
•T

所以斜率越大,压强越小,即b点的压强小于c点,故AB错误.

C、D、由热力学第一定律△U=W+Q

经过过程ab到达状态b或经过过程ac到状态c,b、c状态温度相同,所以△U相等,

又因经过过程ab到达状态b,体积增大,对外做功,W为负值,

而经过过程ac到状态c,体积不变,对外不做功,W为零,所以第一个过程吸收的热量多,故C正确,D错误;

故选C;

(2)(ⅰ)考虑氢气的等温过程,该过程的初态压强为P0,体积为hS,末态体积为0.8hS,

设末态的压强为P,由玻意耳定理得:

P=

P0hS
0.8hS
=1.25P0

活塞A从最高点被第一次推回平衡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,末态压强为P′,末态压强V′

则:P′=P+0.1P0=1.35P0

V′=2.2hS

由玻意耳定理得:V=

1.35P0
1.1P0
×2.2hS=2.7hS

(ⅰⅰ)活塞A从从最初位置升到最高位置过程为等压过程,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,由该吕萨克定律得:T=

2.7hS
2hS
T0=368.55K

答:(ⅰ)第二次平衡时氮气的体积为2.75hS;

(ⅰⅰ)水的温度为368.55K.

选择题
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