Question

[物理一选修3-3]
钢瓶内装有高压氧气．春天当室内温度为17℃时，压力表指示的压强数值为2×10⁵Pa，
若夏天时压力表指示的数值为2.1×10⁵pa，求：
（1）夏天室内的温度为多少？
（2）从微观上解释气体压强变化的原因；
（3）若打开阀门氧气迅速从瓶口喷出，经过很短的时间当内外气压相等时立即关闭阀门．
过一段时间后再打开阀门，会不会再有氧气逸出？

Answer 1

【答案】分析：（1）钢瓶内的高压氧气体积保持不变，根据查理定律求解夏天室内的温度．
（2）气体压强与分子密度和平均动能有关，根据分子动理论解释气体的压强变化的原因．
（3）根据热力学第一定律分析会不会再有氧气逸出．
解答：解：（1）在夏天设气体的压强为P₂，由查里定律得
带入数据得：T₂=304.5K，t₂=31.5℃
（2）气体的体积不变，分子密度不变．温度升高，气体分子的平均动能增大，单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞力增大，导致压强增大．
（3）第一次打开阀门氧气“迅速”喷出，是一个绝热过程Q=0，同时氧气体积膨胀对外做功W＜0，由热力学第一定律△U=W+Q可知：△U＜0，即瓶内氧气温度降低，低于外界温度，而压强等于外界大气压；过一段时间经过热交换，钢瓶内氧气的温度又和外界温度相同，由于体积未变，所以瓶内氧气压强增大，即大于大气压，因此再次打开阀门，将会有氧气逸出．
答：
（1）夏天室内的温度为31.5℃．
（2）气体的体积不变，分子密度不变．温度升高，气体分子的平均动能增大，单位时间内气体分子对容器壁单位面积的碰撞力增大，导致压强增大．
（3）若打开阀门氧气迅速从瓶口喷出，经过很短的时间当内外气压相等时立即关闭阀门，过一段时间后再打开阀门，会有氧气逸出．
点评：本题首先要抓住钢瓶内的氧气体积不变，由查理定律研究其状态变化．气体的压强与分子密度和分子平均动能有关．