题目内容

14.如图,上粗下细且上端开口的薄壁玻璃管内有一部分水银封住密闭气体,横截面积分别为S1=1cm2、S2=2cm2,细管内水银长度为h1=4cm,封闭气体长度为L=6cm.大气压强为p0=76cmHg,气体初始温度为T1=288K,上管足够长.
(1)缓慢升高气体温度,求水银刚好全部进入粗管内时的温度T2;
(2)气体温度保持T2不变,为使封闭气体长度变为8cm,需向开口端注入的水银柱的体积为多少?

分析 (1)根据几何关系求出水银的体积,从状态1到状态2由理想气体状态方程求解
(2)从状态2到状态3经历等温过程,列出等式求解

解答 解:(1)初状态:P1=P0+Ph1,V1=LS1            
末状态:P2=P0+Ph2,V2=(L+h1)S1     
又有:S1h1=S2h2
根据$\frac{PV}{T}=C$
由以上各式并代入数据解得:T2=468K
(2)气体等温变化有:
P2 V2=P3 V3(1分)
解得P3=97.5 cmHg,设此时水银柱的液面高度差为有:
h3=97.5-76=21.5cm
注入的水银柱体积为:V注=(21.5-3)×2=37cm3    
答:(1)缓慢升高气体温度,水银刚好全部进入粗管内时的温度468K;
(2)气体温度保持T2不变,为使封闭气体长度变为8cm,需向开口端注入的水银柱的体积为37cm3

点评 找出各个状态下的参量是正确解题的关键,熟练应用理想气体状态方程即可正确解题

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