题目内容

19.如图所示,将一个绝热的汽缸竖直放置在水平桌面上,在汽缸内用一个活塞封闭了一定质量的气体.在活塞上面放置一个物体,活塞和物体的总质量为10kg,活塞的横截面积为:S=100cm2.已知外界的大气压强为P0=1×105Pa,不计活塞和汽缸之间的摩擦力,g=10m/s2.在汽缸内部有一个电阻丝,电阻丝的电阻值R=4Ω,电源的电压为12V.接通电源10s后活塞缓慢升高h=10cm,求这一过程中气体的内能变化量.若缸内气体的初始温度为27℃,体积为3×10-3m3,试求接通电源10s后缸内气体的温度是多少摄氏度?

分析 对活塞分析,活塞受力平衡,则由平衡关系可求得气体压强;由于缓慢移动可认为恒力作用,求出气体对外界做功,根据热力学第一定律求解问题;由于等圧変化,应用气体方程求出温度

解答 解:设汽缸内气体的压强为p,选活塞为研究对象,活塞缓慢移动受力平衡,根据力的平衡知识得:${p}_{0}^{\;}S+mg=pS$,
$p={p}_{0}^{\;}+\frac{mg}{S}=1.1×1{0}_{\;}^{5}{p}_{a}^{\;}$
活塞在上升h=10cm的过程中气体对外界做功,W=Fh=pSh=110J.
电阻丝在通电10s内产生的热量为$Q=\frac{{U}_{\;}^{2}}{R}t=360J$,
因为汽缸是绝热的,所以电阻丝产生的热量全部被气体吸收.根据热力学第一定律得:△U=-W+Q=250J,即气体的内能增加了250J.
内气体的压强保持不变,由$\frac{V}{{T}_{0}^{\;}}=\frac{V+Sh}{T}$,
得$T=\frac{V+Sh}{V}{T}_{0}^{\;}=400$K,即缸内气体的温度是127℃.
答:接通电源10s后缸内气体的温度是127摄氏度

点评 本题要求学生能正确审题,从题目中找出所需信息,再利用所学的物理规律列式计算,对学生的分析问题、解决问题的能力要求较高

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