Question

一粗细均匀的J型玻璃管竖直放置，短臂端封闭，长臂端（足够长）开口向上，短臂内封有一定质量的理想气体．初始状态时管内各段长度如图（a）所标，密闭气体的温度为27℃．大气压强为75cmHg，求：
（1）若沿长臂的管壁缓慢加入5cm的水银柱并与下方的水银合为一体，为使密闭气体保持原来的长度，应使气体的温度变为多少？
（2）在第（1）小题的情况下，再使玻璃管沿绕过O点的水平轴在竖直平面内逆时针转过180°，稳定后密闭气体的长度变为多大？
（3）在图（b）的p-T坐标系中画出以上两个过程中密闭气体的状态变化过程．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据玻璃管两边的液面差，求出两个状态下气体的压强，气体做等容变化，根据气态方程即可求出后来气体的温度．
（2）通过假设的方法判断当玻璃管沿绕过O点的水平轴在竖直平面内逆时针转过180°时短臂内是否有水银，然后根据等温变化求解．
（3）根据两个过程中气体状态变化的特点可以画出该图象．
解答：解：（1）p₁=p=75 cmHg，T₁=273+27K=300K
p₂=p+5cmHg=80 cmHg，T₂=？
由，解得：T₂=320K  
故应使温度变为T₂=320K．
（2）假设玻璃管转过180°后短臂内没有水银，水平管内留有水银柱的长度为x
P₂=80cmHg，V₂=V₁=S?18 cm
P₃=p-（10+10+10+5-x）cmHg=（40+x）cmHg，V₂=S?（18+10+10-x）cm=S?（38-x）cm
由p₂ V₂=p₃ V₃，得到：80×18=（40+x）×（38-x）
解得：x=8cm，与假设相符，所以假设成立．
故密闭气体的长度变为（18+10+10-x）=30cm．
（3）密闭气体的状态变化图象如图所示．

点评：利用理想气体状态方程解题，关键是正确选取状态，明确状态参量，尤其是正确求解被封闭气体的压强，这是热学中的重点知识，要加强训练，加深理解．