题目内容

3.如图所示,上端有卡口的绝热气缸开口向上放置,气缸内用两个轻活塞M、N封闭两部分气体A、B,活塞M绝热,活塞N导热良好,活塞与缸壁无摩擦.气缸的总容积为V0,开始时A、B气体体积均为$\frac{V_0}{3}$,气体A、B和外界环境温度均为300K.现用电热丝缓慢加热气体A.求:
①当活塞N恰好到达气缸顶部时,A气体的温度;
②当A气体的温度升高到900K时,A气体的体积.

分析 (1)对A中气体根据盖吕萨克定律求活塞N恰好到达顶部时的温度
(2)B部分气体发生等温变化根据玻意耳定律列式,A中气体根据理想气体状态方程列式联立求解

解答 解:①设温度为${T}_{1}^{\;}$时活塞N恰好到达气缸顶部,此时A中气体的压强为${p}_{0}^{\;}$,体积为${V}_{1}^{\;}=\frac{2{V}_{0}^{\;}}{3}$
由盖吕萨克定律得$\frac{\frac{{V}_{0}^{\;}}{3}}{{T}_{0}^{\;}}=\frac{\frac{2{V}_{0}^{\;}}{3}}{{T}_{1}^{\;}}$
${T}_{1}^{\;}=600K$
②当温度${T}_{2}^{\;}=900K$时活塞N已经与顶部发生相互挤压,
设此时A中气体的体积为${V}_{2}^{\;}$,压强为P.
对A中的气体由理想气体的状态方程可得$\frac{p{V}_{2}^{\;}}{{T}_{2}^{\;}}=\frac{{p}_{0}^{\;}\frac{{V}_{0}^{\;}}{3}}{{T}_{0}^{\;}}$
对B中的气体由玻意耳定律得$p({V}_{0}^{\;}-{V}_{2}^{\;})={p}_{0}^{\;}\frac{{V}_{0}^{\;}}{3}$
故${V}_{2}^{\;}=\frac{3}{4}{V}_{0}^{\;}$
答:①当活塞N恰好到达气缸顶部时,A气体的温度600K;
②当A气体的温度升高到900K时,A气体的体积$\frac{3}{4}{V}_{0}^{\;}$.

点评 解决本题的关键是判断两部分气体各做何种变化过程,选择合适的气体实验定律或理想气体状态方程列式求解即可.

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