Question

一粗細(xì)均勻的J型玻璃管豎直放置，短臂端封閉，長(zhǎng)臂端（足夠長(zhǎng)）開(kāi)口向上，短臂內(nèi)封有一定質(zhì)量的理想氣體．初始狀態(tài)時(shí)管內(nèi)各段長(zhǎng)度如圖（a）所標(biāo)，密閉氣體的溫度為27℃．大氣壓強(qiáng)為75cmHg，求：
（1）若沿長(zhǎng)臂的管壁緩慢加入5cm的水銀柱并與下方的水銀合為一體，為使密閉氣體保持原來(lái)的長(zhǎng)度，應(yīng)使氣體的溫度變?yōu)槎嗌伲?br />（2）在第（1）小題的情況下，再使玻璃管沿繞過(guò)O點(diǎn)的水平軸在豎直平面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)180°，穩(wěn)定后密閉氣體的長(zhǎng)度變?yōu)槎啻螅?br />（3）在圖（b）的p-T坐標(biāo)系中畫(huà)出以上兩個(gè)過(guò)程中密閉氣體的狀態(tài)變化過(guò)程．

Answer 1

【答案】分析：（1）根據(jù)玻璃管兩邊的液面差，求出兩個(gè)狀態(tài)下氣體的壓強(qiáng)，氣體做等容變化，根據(jù)氣態(tài)方程即可求出后來(lái)氣體的溫度．
（2）通過(guò)假設(shè)的方法判斷當(dāng)玻璃管沿繞過(guò)O點(diǎn)的水平軸在豎直平面內(nèi)逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)180°時(shí)短臂內(nèi)是否有水銀，然后根據(jù)等溫變化求解．
（3）根據(jù)兩個(gè)過(guò)程中氣體狀態(tài)變化的特點(diǎn)可以畫(huà)出該圖象．
解答：解：（1）p₁=p=75 cmHg，T₁=273+27K=300K
p₂=p+5cmHg=80 cmHg，T₂=？
由，解得：T₂=320K  
故應(yīng)使溫度變?yōu)門₂=320K．
（2）假設(shè)玻璃管轉(zhuǎn)過(guò)180°后短臂內(nèi)沒(méi)有水銀，水平管內(nèi)留有水銀柱的長(zhǎng)度為x
P₂=80cmHg，V₂=V₁=S?18 cm
P₃=p-（10+10+10+5-x）cmHg=（40+x）cmHg，V₂=S?（18+10+10-x）cm=S?（38-x）cm
由p₂ V₂=p₃ V₃，得到：80×18=（40+x）×（38-x）
解得：x=8cm，與假設(shè)相符，所以假設(shè)成立．
故密閉氣體的長(zhǎng)度變?yōu)椋?8+10+10-x）=30cm．
（3）密閉氣體的狀態(tài)變化圖象如圖所示．

點(diǎn)評(píng)：利用理想氣體狀態(tài)方程解題，關(guān)鍵是正確選取狀態(tài)，明確狀態(tài)參量，尤其是正確求解被封閉氣體的壓強(qiáng)，這是熱學(xué)中的重點(diǎn)知識(shí)，要加強(qiáng)訓(xùn)練，加深理解．