题目内容

如图所示,一定质量的气体放在体积为的容器中,室温为=300K,有一个光滑导热活塞C(不占体积)将容器分成A、B两室,B室的体积是A室体积的两倍,A室容器上连接有一个U形管(管内气体的体积忽略不计).两边水银柱高度差为76cm,右室容器连接有一个阀门K,可与大气相连通(外界大气压等于76cm汞柱)求:

(1)将阀门K打开后,A室的体积变成多少?
(2)打开阀门K后将容器内的气体从300K分别加热到400K和500K,U形管内两边水银面的高度差各为多少?

(1)  2V   (2)60.8cm

(1)因,=V
  据玻意耳定律:
  有:=2V
   (2)设经等压变化到=400K时体积为
  据盖·吕萨克定律:
  有:2V/300=/400
     =8V/3<3V
  即此时活塞未到右端,U管内两边水银面无高度差.
  设经等压变化到=500K时体积为
  据盖·吕萨克定律:
  有:2V/300=/500
     =10V/3>3V,
即此时活塞已到右端,U管内两边水银面有高度差.设此时气体的体积为=500K,高度差为h,水银高度差产生的压强为,
  据理想气体状态方程:
  有:=2V×500/3V×300=1.8
  又:
     =0.8
      h=0.8×76cm=60.8cm
  被封气体(1)问中活塞最终停下来时,由于是导热活塞,初、末状态同温,此时判断一下活塞能否到达最右端是问题的关键.因(2)问中活塞从未到达至到达右端的过程是等压过程,到达右端后的过程是等容过程.
  [思路一]把第(1)问的末态作为第(2)问的初态,看在等压条件下温度为400K及500K时的体积与3V的关系,如<3V则无高度差,如>3V则用理想气体状态方程求出末状态气体的压强
  [思路二]把第(1)问的末态作为第(2)问的初态,设第(2)问末态体积为3V,据盖·吕萨克定律求解末态温度与400K及500K比较判断,进而确定未态参量求解.
  [思路三]把第(1)问的末态作为第(2)问的初态,先让气体等压达到3V求温度,再让气体等容升温至500K求压强进而求解h.
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