Question

如图所示，粗细均匀的U形玻璃管中装有水银，开口向 上竖直放置A，B两侧管口等高．厚度不计且密闭性能良好的橡皮 活塞（带有拉杆）原来静止在A管中的C处，在A管中封闭一定质 量的气体，此时B管水银面比A管水银面髙出h=10cm，B管管口 比水银面离出L₁=10cm，A管中活塞下方空气柱长度L₂=3.5cm，外界的大气压强为P=75cmHg．现将活塞缓慢地往上提，直到A、B两管水银面相平为止．上述过程中封闭气体的温度保持不变．求：
①活塞在A管内向上运动的距离
②试判断封闭气体在上述过程中是吸热还是放热？并简述原因．

Answer 1

【答案】分析：由玻意耳定律求高度，由几何关系即可求活塞上升高度，根据热力学第一定律判断吸热或放热．
解答：解：①设玻璃管的横截面积为S，活塞向上提后，在A管内向上运动的距离为x，空气柱的长度L，初态：P₁=85cmHg  V₁=L₂S
末态：P₂=75cmHg  V₂=LS
由：P₁V₁=P₂V₂
代入数据的L≈3.97cm
由题意 知B中水银面下降5cm，A中水银面上升5cm
由几何关系知：x=L+5-3.5≈5.47cm
②温度不变，内能不变，气体膨胀对外做功，由热力学第一定律得：
Q=△U-W故Q＞0，即气体吸热．
答：①活塞在A管内向上运动的距离5.47cm．
②封闭气体在上述过程中是吸热．
点评：本题考查了气体实验定律中的玻意耳定律和热力学第一定律公式△U=Q+W，注意各物理量的正负号．