精英家教網(wǎng)(物理--選修3-3)
如圖所示,兩個(gè)可導(dǎo)熱的氣缸豎直放置,它們的底部都由一細(xì)管連通(忽略細(xì)管的容積).兩氣缸各有一個(gè)活塞,質(zhì)量分別為m1和m2,活塞與氣缸無摩擦.活塞的下方為理想氣體,上方為真空.當(dāng)氣體處于平衡狀態(tài)時(shí),兩活塞位于同一高度h.(已知m1=3m,m2=2m)
(1)在兩活塞上同時(shí)各放一質(zhì)量為m的物塊,求氣體再次達(dá)到平衡后兩活塞的高度差(假定環(huán)境溫度始終保持為T0).
(2)在達(dá)到上一問的終態(tài)后,環(huán)境溫度由T0緩慢上升到T,試問在這個(gè)過程中,氣體對活塞做了多少功?氣體是吸收還是放出了熱量?(假定在氣體狀態(tài)變化過程中,兩物塊均不會(huì)碰到氣缸頂部).
分析:(1)不加物體時(shí),兩側(cè)等高,說明活塞產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等;在兩活塞上同時(shí)各放一質(zhì)量為m的物塊后,氣體全部在左側(cè)汽缸中,先求解出氣壓,然后根據(jù)玻意耳定律列式求解;
(2)等壓膨脹過程,先根據(jù)蓋-呂薩克定律列式求解末狀態(tài)體積,然后求解氣體對活塞做多少功,最后根據(jù)熱力學(xué)第一定律判斷氣體的吸放熱情況.
解答:解:(1)設(shè)左、右活塞的面積分別為A′和A,由于氣體處于平衡狀態(tài),故兩活塞對氣體的壓強(qiáng)相等,即:
3mg
A/
=
2mg
A

由此得:A/=
3
2
A

在兩個(gè)活塞上各加一質(zhì)量為m的物塊后,右邊物體對活塞產(chǎn)生的壓強(qiáng)較大,所以氣體向左氣缸移動(dòng),最終右活塞降至氣缸底部,所有氣體都在左氣缸中.
在初態(tài),氣體的壓強(qiáng)為
2mg
A
,體積為
5
2
Ah
;
在末態(tài),氣體壓強(qiáng)為
8mg
3A
,體積為
3
2
Ax
(x為左活塞的高度).
由玻意耳-馬略特定律得:
mg
A
5Ah=
4mg
3A
3Ax

解得:x=
5
4
h

即兩活塞的高度差為
5
4
h

(2)當(dāng)溫度由T0上升至T時(shí),氣體的壓強(qiáng)始終為
8mg
3A
,
設(shè)x′是溫度達(dá)到T時(shí)左活塞的高度,
由蓋?呂薩克定律得:x/=
T
T0
x=
5Th
4T0

活塞對氣體做的功為:W=Fs=4mg
5
4
h(
T
T0
-1)=5mgh(
T
T0
-1)

環(huán)境溫度升高,則氣體溫度升高內(nèi)能變大,又氣體對活塞做功,根據(jù)熱力學(xué)第一定律:在此過程中氣體吸收熱量.
答:(1)氣體再次達(dá)到平衡后兩活塞的高度差為
5
4
h.
(2)氣體對活塞做了5mgh(
T
T0
-1)的功,氣體是吸收熱量.
點(diǎn)評(píng):本題關(guān)鍵是明確氣體經(jīng)歷等壓過程,然后靈活地選擇氣體實(shí)驗(yàn)定律列方程求解,根據(jù)熱力學(xué)第一定律判斷吸放熱情況.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

[物理--選修3-3]
(1)下列說法不正確的是
ABC
ABC

A.物體吸收熱量,其溫度一定升高
B.布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
C.物體從單一熱源吸收的熱量不可能全部用于做功
D.對一定質(zhì)量的氣體,如果其壓強(qiáng)不變而體積增大,那么它的溫度一定會(huì)升高
(2)一活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi),初始時(shí)氣體體積為3.0×10-3m3.用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測得此時(shí)氣體的溫度和壓強(qiáng)分別為300K和1.0×105Pa.推動(dòng)活塞壓縮氣體,測得氣體的溫度和壓強(qiáng)分別為320K和1.6×105Pa.
①求此時(shí)氣體的體積;
②保持溫度不變,緩慢改變作用在活塞上的力,使氣體壓強(qiáng)變?yōu)?.0×104Pa,求此時(shí)氣體的體積.

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科目:高中物理 來源: 題型:

[物理--選修3-3](本題共有兩小題,每小題只有一個(gè)項(xiàng)符合題意)
(1)關(guān)于熱現(xiàn)象和熱學(xué)規(guī)律,以下說法中正確的是
B
B

A.布朗運(yùn)動(dòng)就是液體分子的運(yùn)動(dòng)
B.物體的溫度越高,分子平均動(dòng)能越大
C.分子間的距離增大,分子間的引力減小,分子間的斥力增加
D.第二類永動(dòng)機(jī)不可能制成的原因是違反了能量守恒定律
(2)在光滑的水平面上運(yùn)動(dòng)的物體,其溫度與環(huán)境溫度相同,在它受到一個(gè)與速度同方向的推力作用的過程中,用△E 表示內(nèi)能的變化,△EK表示動(dòng)能的變化.下列結(jié)論中正確的是
D
D

A.用熱力學(xué)第一定律分析得△EK=0         B.用熱力學(xué)第一定律分析得△E>0
C.用能量守恒分析得△EK>0,△E<0       D.用動(dòng)能定理分析得△EK>0.

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科目:高中物理 來源: 題型:

精英家教網(wǎng)物理--選修3-3
(1)科學(xué)家在“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)上進(jìn)行了一次在微重力條件(即失重狀態(tài))下制造泡沫金屬的實(shí)驗(yàn).把鋰、鎂、鋁、鈦等輕金屬放在一個(gè)石英瓶內(nèi),用太陽能將這些金屬融化成液體,然后在融化的金屬中沖進(jìn)氫氣,使金屬內(nèi)產(chǎn)生大量氣泡,金屬冷凝后就形成到處是微孔的泡沫金屬.下列說法正確的是
 

A.失重條件下液態(tài)金屬呈現(xiàn)球狀是由于液體表面分子間只存在引力
B.在失重條件下充入金屬液體 內(nèi)的氣體氣泡不能無限地膨脹是因?yàn)橐后w表面張力的約束
C.在金屬冷凝過程中,氣泡收縮變小,外界對氣體做功,氣體內(nèi)能增加
D.泡沫金屬物理性質(zhì)各向異性,說明它是非晶體
(2)如圖所示,上粗下細(xì)的圓筒豎直固定放置,粗筒部分的半徑是細(xì)筒的2倍,筒足夠長.細(xì)筒中兩輕質(zhì)活塞M、N間封有一定質(zhì)量的理想空氣,氣柱長L=19.1cm,活塞M上方的水銀深H=24.0cm,兩活塞與筒壁間的摩擦不計(jì).開始時(shí)用外力向上托住活塞N,使之處于靜止?fàn)顟B(tài),水銀面與細(xì)筒上端相平.現(xiàn)使下方活塞緩慢上移,直至M上方水銀的
14
被推入粗筒中,求此過程中活塞N移動(dòng)的距離.(設(shè)在整個(gè)過程中氣柱的溫度不變,大氣壓強(qiáng)P0相當(dāng)于76.0cm高的水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng),不計(jì)輕質(zhì)活塞的重力.)

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科目:高中物理 來源: 題型:

[物理-選修3-3]
(1)下列說法中正確的是
BC
BC

A.對物體做功不可能使物體的溫度升高
B.即使氣體的溫度很高,仍有一些分子的運(yùn)動(dòng)速率是非常小的
C.一定量氣體的內(nèi)能等于其所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和分子之間勢能的總和
D.如果氣體分子總數(shù)不變,而氣體溫度升高,氣體分子的平均動(dòng)能增大,因此壓強(qiáng)必然增大
(2)如圖所示,將一個(gè)絕熱的汽缸豎直放置在水平桌面上,在汽缸內(nèi)用一個(gè)活塞封閉了一定質(zhì)量的氣體.在活塞上面放置一個(gè)物體,活塞和物體的總質(zhì)量為10kg,活塞的橫截面積為:S=100cm2.已知外界的大氣壓強(qiáng)為P0=1×105Pa,不計(jì)活塞和汽缸之間的摩擦力.在汽缸內(nèi)部有一個(gè)電阻絲,電阻絲的電阻值R=4Ω,電源的電壓為12V.接通電源10s后活塞緩慢升高h(yuǎn)=10cm,求這一過程中氣體的內(nèi)能變化量.若缸內(nèi)氣體的初始溫度為27℃,體積為3×10-3m3,試求接通電源10s后缸內(nèi)氣體的溫度是多少?

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科目:高中物理 來源:2012-2013學(xué)年甘肅省蘭州一中高三(上)期中物理試卷(解析版) 題型:解答題

[物理--選修3-3]
(1)下列說法不正確的是______
A.物體吸收熱量,其溫度一定升高
B.布朗運(yùn)動(dòng)是懸浮在液體中固體顆粒的分子無規(guī)則運(yùn)動(dòng)的反映
C.物體從單一熱源吸收的熱量不可能全部用于做功
D.對一定質(zhì)量的氣體,如果其壓強(qiáng)不變而體積增大,那么它的溫度一定會(huì)升高
(2)一活塞將一定質(zhì)量的理想氣體封閉在氣缸內(nèi),初始時(shí)氣體體積為3.0×10-3m3.用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)測得此時(shí)氣體的溫度和壓強(qiáng)分別為300K和1.0×105Pa.推動(dòng)活塞壓縮氣體,測得氣體的溫度和壓強(qiáng)分別為320K和1.6×105Pa.
①求此時(shí)氣體的體積;
②保持溫度不變,緩慢改變作用在活塞上的力,使氣體壓強(qiáng)變?yōu)?.0×104Pa,求此時(shí)氣體的體積.

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