题目内容

5.如图所示,一内壁光滑的气缸固定于水平地面上,在距气缸底部L=54cm处有一固定于气缸上的卡环,活塞与气缸底部之间封闭着一定质量的理想气体,活塞在图示位置时封闭气体的温度t1=267℃,压强p1=1.5atm.设大气压强ρ0恒为1atm,气缸导热性能良好,不计活塞的厚度.由于气缸缓慢放热,活塞最终会左移到某一位置而平衡.求
①活塞刚要离开卡环处时封闭气体的温度;
②封闭气体温度下降到t3=27℃时活塞与气缸底部之间的距离.

分析 ①活塞刚要离开卡环处前气体做等容变化,根据查理定律列式求解;
②活塞离开卡环后做等压变化,根据盖吕萨克定律列式求解.

解答 解:①活塞刚要离开卡环处之前
初态:P1=1.5atm  T1=267+273K=540K
末态:P2=P0=1atm
此过程等容变化,由查理定律得:$\frac{{P}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}$
代入数据解得:${T}_{2}=\frac{{P}_{2}{T}_{1}}{{P}_{1}}=\frac{1×540}{1.5}K=360K$
即t2=T2-273=(360-273)℃=87℃
②活塞离开卡环后做等压变化,
根据盖吕萨克定律得:$\frac{{L}_{2}S}{{T}_{2}}=\frac{{L}_{3}S}{{T}_{3}}$
解得:${L}_{3}=\frac{{T}_{3}}{{T}_{2}}{L}_{2}=\frac{300}{360}×54cm=45cm$
答:①活塞刚要离开卡环处时封闭气体的温度为87℃;
②封闭气体温度下降到t3=27℃时活塞与气缸底部之间的距离为45cm.

点评 本题考察气体实验定律,关键是根据题意分析出变化过程中气体做何种变化,然后选择合适的气体实验定律列式求解即可.

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