Question

11．如图所示，粗细均匀、导热良好、装有适量水银的倒U形管竖直放置，右端与大气相通，左端封闭气柱长L₁=20cm（可视为理想气体），两管中水银面等高．先将右端与一低压舱（未画出）接通，稳定后左管水银面高出右管水银面h=10cm．（环境温度不变，大气压强p₀=75cmHg）
①求稳定后低压舱内的压强（用“cmHg”做单位）．
②此过程中外界对左管内的气体做负功（填“做正功”“做负功”或“不做功”），气体将吸热（填“吸热”或“放热”）．

Answer 1

分析 ①根据题意求出封闭气体状态参量，然后应用玻意耳定律求出气体压强．
②根据气体体积的变化情况判断气体做功情况，然后应用热力学第一定律判断气体吸热与放热情况．

解答 解：①左管气体初状态参量：p₁=p₀=75cmHg，v₁=L₁S=20S，
气体末状态参量：v₂=L₂S=（20+$\frac{10}{2}$）S=25S，
气体发生等温变化，由玻意耳定律得：p₁V₁=p₂V₂，
即：75×20S=p₂×25S，
解得：p₂=60cmHg，
低压舱内的压强：p=p₂-h=60-10=50cmHg；
  ②左管气体体积变大，气体对外做功，即外界对气体做负功，W＜0，
气体温度保持不变，气体内能不变，△U=0，
由热力学第二定律得：△U=W+Q，则：Q=△U-W=-W＞0，气体吸收热量；
答：①求稳定后低压舱内的压强为50cmHg．
②此过程中外界对左管内的气体做负功，气体将吸热．

点评 本题考查了求气体压强、判断做功与吸热放热情况，分析清楚气体状态变化过程是解题的前提，应用玻意耳定律与热力学第一定律可以解题．