题目内容

6.如图所示,一直柱形导热气缸竖直放置,通过绝热活塞封闭着一定质量的理想气体.已知大气压强为p0,重力加速度为g,不计活塞与气缸的摩擦,活塞的质量为m,横截面积为S,因为电热丝的加热,某时刻气体温度为T1.活塞与容器底部相距h.现停止加热,气体通过气缸缓慢放热,当气体放出热量Q时,气体温度下降到T2.求该过程中:
①活塞下降的距离;
②气体的内能的改变量.

分析 ①气体发生等压变化,根据盖-吕萨克定律即可求解;
②根据热力学第一定律求解气体内能的改变量;

解答 解:①气体发生等圧変化,有$\frac{hS}{(h-△h)S}=\frac{{T}_{1}^{\;}}{{T}_{2}^{\;}}$
解得:$△h=\frac{{T}_{1}^{\;}-{T}_{2}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}h$
②放热过程中外界对气体做功为:
W=pS△h=$({p}_{0}^{\;}S+mg)$$\frac{{T}_{1}^{\;}-{T}_{2}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}h$
由热力学第一定律知内能改变量为
△U=W-Q=$({p}_{0}^{\;}S+mg)\frac{{T}_{1}^{\;}-{T}_{2}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}-Q$
答:①活塞下降的距离为$\frac{{T}_{1}^{\;}-{T}_{2}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}h$;
②气体的内能的改变量为$({p}_{0}^{\;}S+mg)\frac{{T}_{1}^{\;}-{T}_{2}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}-Q$.

点评 求封闭气体的压强,常常以与气体接触的活塞或水银柱为研究对象,根据力学知识求.对于气体,确定状态发生体积变化是关键.

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