题目内容

19.如图所示,绝热气缸内密闭一事实上质量的理想气体,绝热活塞和钩码的总质量为M=1kg,活塞与气缸壁无摩擦且不漏气.当缸内气体温度为27℃时,活塞稳定在距气缸底部d0=30cm处.已知活塞横截面积S=10cm2,外界大气压p0=1×105Pa,重力加速度g取10m/s2.现给气缸内的电热丝提供微弱电流,当电热丝缓慢放出10J的热量时,活塞缓慢往下移动了d=5cm.求:
(1)此时缸内气体的温度;
(2)此过程缸内气体增加的内能.

分析 (1)找出气体的从末状态,然后由理想气体的状态方程即可求出气体的温度;
(2)求出气体的压强,根据功的计算公式求出气体对外做的功,然后结合热力学第一定律即可求出.

解答 解:(1)开始时:T0=273+27=300K,V0=Sd0
活塞下移5cm后:T=?,V′=S(d+d0
由气体的实验定律得:$\frac{S{d}_{0}}{{T}_{0}}=\frac{S(d+{d}_{0})}{T}$
代入数据得:T=350K,即t=77℃
(2)以活塞为研究的对象,则:Mg+PS=P0S
气体对外做功:W=PSd
根据热力学第一定律,在:△U=W+Q
代入数据,联立得:△U=5.5J
答:(1)此时缸内气体的温度是77℃;(2)此过程缸内气体增加的内能是5.5J.

点评 该题结合热力学第一定律考查理想气体的状态方程,解答本题关键是根据热力学第一定律公式△U=W+Q列式求解,注意气体对外做功时W为负值,吸热时Q为正值.

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