题目内容

2.如图所示,一个内壁光滑的汽缸竖直放置,内有两个重力均为30N的密闭活塞,将缸内理想气体分成Ⅰ、Ⅱ两部分,其中活塞A导热,活塞B及侧壁均绝热.初状态整个装置静止不动并且处于平衡状态,Ⅰ、Ⅱ两部分气体的高度均为l0=10cm,温度都是300K.设外界大气压强为p0保持不变,活塞横截面积为S,且p0S=30N.现保持环境温度、外界大气压强不变,通过汽缸的导热底面给Ⅱ气体加热,同时在活塞A上逐渐添加细砂,若在活塞A下降的高度△l2=6cm,并且Ⅱ气体的高度仍为l0时两部分气体重新处于平衡,试求所添加细砂的重力大小和重新处于平衡时Ⅱ气体的温度.

分析 对于Ⅰ气体,作等温变化,根据玻意耳定律求出所添加细砂的重力大小.
对于Ⅱ气体,作等容变化,根据查理定律求出重新处于平衡时Ⅱ气体的温度.

解答 解:①对于Ⅰ气体,作等温变化,由玻意耳定律得:p1V1=p1′V1′;
其中 p1=p0+$\frac{mg}{S}$,p1′=p0+$\frac{mg+Mg}{S}$,V1′=S(l0-△l2)
联立得 所添加细砂的重力大小 Mg=90N
对于Ⅱ气体,作等容变化,由查理定律得:$\frac{{p}_{2}}{{T}_{2}}$=$\frac{{p}_{2}′}{{T}_{2}′}$
其中 p2=p1+$\frac{mg}{S}$,T2=300K,p2′=p1′+$\frac{mg}{S}$
解得 T2′=600K
答:所添加细砂的重力大小是90N,重新处于平衡时Ⅱ气体的温度是600K.

点评 本题考查了理想气体状态方程和力学知识的综合应用,这是高考重点,要加强这方面的练习.

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