题目内容

7.内壁光滑的导热气缸竖直放置,用质量不计、横截面积为2×10-4m2的活塞封闭了一定质量的气体.先在活塞上方缓缓倒上沙子,使封闭气体的体积逐渐变为原来的一半.接着边在活塞上方缓缓倒上沙子边对气缸加热,使活塞位置保持不变,直到气体温度达到177℃.(外界环境温度为27℃,大气压强为1.0×105Pa,g=10m/s2).
(1)求加热前倒入多少质量的沙子?
(2)求整个过程总共倒入多少质量的沙子?
(3)在p-T图上画出整个过程中气缸内气体的状态变化过程.

分析 (1)加热前气体做等温变化,根据玻意耳定律列式求解;
(2)气体发生等容变化,列出状态参量,结合受力平衡求出沙子总质量;
(3)根据状态变化过程画出p-T图象;

解答 解:(1)气体做等温变化为:
${V}_{2}^{\;}=\frac{{V}_{1}^{\;}}{2}$        
p1=p0 ${p}_{2}^{\;}={p}_{0}^{\;}+\frac{{m}_{1}^{\;}g}{S}$
根据玻意耳定律,有:
p1v1=p2v2           
p2=2 p1=2.0×105Pa      
由活塞和沙子受力平衡得:
m1g=(p2-p1)s=20N  
解得:m1=2 kg  
(2)气体做等体积变化:
T2=273+27=300K      
T3=273+177=450K  
$\frac{{p}_{3}^{\;}}{{T}_{3}^{\;}}=\frac{{p}_{2}^{\;}}{{T}_{2}^{\;}}$    
代入数据解得:P3=3.0×105Pa     
对活塞和沙子受力平衡,有:
m2g=(p3-p1)s=40N   
m2=4 kg  
一共倒入了4kg的砂子       
(3)
答:(1)求加热前倒入2kg质量的沙子;
(2)求整个过程总共倒入4kg质量的沙子;
(3)在p-T图上画出整个过程中气缸内气体的状态变化过程,如图所示

点评 本题难度不大,要知道缓慢倒沙子的过程的温度不变,难点是分析清楚气体状态变化的过程

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