题目内容

3.如图所示为一简易火灾报警装置.其原理是:竖直放置的试管中装有水银,当温度升高时,水银柱上升,使电路导通,蜂鸣器发出报警的响声.27℃时,空气柱长度L1为20cm,水银上表面与导线下端的距离L2为10cm,管内水银柱的高度h为8cm,大气压强为75cm水银柱高.求:
①当温度达到多少时,报警器会报警?
②如果要使该装置在87℃时报警,求再往玻璃管内注入的水银的高度.

分析 ①温度升高,封闭气体体积增大,水银柱上升,当电路恰好接通时,报警器开始报警;此时空气柱长度L1+L2,以封闭空气柱为研究对象,根据等压变化规律求出温度.
②加入水银柱后空气柱下降,但是玻璃管的总长度38cm不变,再由理想气体状态变化方程求得加入水银柱的长度.

解答 解:①对水银封闭的气体,初状态:V1=L1S,T1=273+27 K=300 K.
末状态:V2=(L1+L2)S,T2=273+t2
由盖吕萨克定律得:$\frac{{V}_{1}}{{T}_{1}}$=$\frac{{V}_{2}}{{T}_{2}}$,代入数据解得,t2=177℃.
②设应该再往玻璃管内注入水银的高度为x,
对水银封闭的气体,初状态:p1=p0+h,V1=L1S,T1=300 K.
末状态:p3=p0+h+x,V3=(L1+L2-x)S,T3=360 K
由理想气体状态方程得:$\frac{{p}_{1}{V}_{1}}{{T}_{1}}$=$\frac{{p}_{3}{V}_{3}}{{T}_{3}}$,代入数据解得:x=8.14 cm.
答:①当温度达到177℃时,报警器会报警.
②如果要使该装置在87℃时报警,再往玻璃管内注入的水银的高度为8.14cm.

点评 本题考查了姿态状态方程的应用,分析清楚气体状态变化过程,求出气体状态参量,应用气体状态方程即可解题.

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