题目内容

6.一个高H=100cm的竖直圆柱气缸,内有一厚度可忽略的轻质活塞,将一定量的理想气体封闭在气缸内,活塞与气缸间无摩擦.开始时,活塞恰好静止在距离气缸顶端h0=25cm处,外界大气压强为p0=75cmHg.
(1)现将水银缓缓滴到活塞上面,活塞逐渐下降,设气缸内气体温度不变.求水银即将从气缸顶部溢出时,活塞到气缸顶端的距离;
(2)在第(1)问水银即将从气缸顶部溢出时,停止滴入水银,而对气缸内气体进行缓慢加热升温,求气缸内气体的热力学温度至少增加到初始温度的多少倍时,水银才能全部溢出?

分析 (1)封闭气体发生等温变化,根据玻意耳定律求出活塞到气缸顶端的距离
(2)根据理想气体状态方程列式,根据数学知识求出临界温度.

解答 解:(1)由玻意耳定律得p0(H-h0)=(p0+ρgh)(H-h)
代入数据得75×(100-25)=(75+h)(100-h)
解得h≈57.6 cm           
(2)由理想气体状态方程得$\frac{{{P_0}(H-{h_0})}}{T_0}=\frac{{({p_0}+ρg{h^'})(H-{h^'})}}{T}$
代入数据得$\frac{75×(100-25)}{T_0}=\frac{{(75+{h^'})(100-{h^'})}}{T}$
根据基本不等式性质,当h′=12.5cm时,Tm=$\frac{49}{36}$T0≈1.36T0
即气体温度至少增加到初始温度的1.36倍时,水银才能全部溢出.
答:(1)现将水银缓缓滴到活塞上面,活塞逐渐下降,设气缸内气体温度不变.水银即将从气缸顶部溢出时,活塞到气缸顶端的距离57.6cm;
(2)在第(1)问水银即将从气缸顶部溢出时,停止滴入水银,而对气缸内气体进行缓慢加热升温,气缸内气体的热力学温度至少增加到初始温度的1.36倍时,水银才能全部溢出.

点评 此题是理想气体状态方程和气体实验定律的结合,关键要准确分析气体作何种变化,再选择相应的规律解答,根据平衡条件求解封闭气体的压强是惯用的思路,要加强训练,熟练掌握.

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