Question

某湖泊底部产生了一个沼气泡(可视为理想气体)，在它逐渐上升到湖水表面的过程中，试分析沼气泡的状态变化（速度变化、内能变化）情况，设湖水温度越往上越高．

Answer 1

答案：
解析：

从热学角度来讲，随着沼气泡在湖水中的上升，其压强在逐渐减小，温度在逐渐升高，根据理想气体状态方程pV＝CT可知，沼气泡的体积应逐渐增大，因而，在上升过程中气泡将不断对外(水)做功，而沼气泡温度的升高又表明其内能在逐渐增加，根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q可知，沼气泡一定不断从周围环境(水)中吸收热量，且吸收的热量一部分用于对外做功，一部分用于增加内能，即吸热量大于其内能增量． 　　从动力学角度看，沼气泡上升过程中体积不断增大，会导致其排开水的体积逐渐增大，即沼气泡所受浮力不断增大，而其重力保持不变．因而沼气泡所受合外力向上且逐渐增大，由牛顿第二定律可知，其加速度逐渐增大，沼气泡做的是加速度越来越大的加速运动．

提示：

这是一道综合运用理想气体状态方程、热力学第一定律、阿基米德定律和牛顿第二定律的题目．解决这种力、热综合性题目时，应注意寻找其关键的量，如本题中借助气体的热学规律得出气泡上升过程中体积的变化情况，进而利用力学规律得出气泡运动的动力学特征．