解题思路:(1)对活塞进行受力分析,活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,根据平衡条件可求出缸内气体压强.由于气体发生等压变化,气体对活塞的压力不变,根据功的计算公式W=Fl计算出气体对外界做的功,再根据热力学第一定律,求解热量.
(2)保持缸内气体温度不变,再在活塞上放一砝码,缸内气体发生等温变化,由平衡条件求出缸内气体的压强,再由玻意耳定律求解即可.
(ⅰ)假设缸内气体的温度为T1时压强为p1,对活塞进行受力分析,活塞受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,得:
Mg+p0S=p1S
气体膨胀对外界做功为:
W=p1S△L
根据热力学第一定律得:
Q-W=△U
联立可得:
Q=△U+(p0S+Mg)△L
(ⅱ)气体变化的整个过程可视为等容变化,假设放入砝码的质量为m,缸内气体的温度为T2时压强为p2,将活塞和砝码视为一个整体进行受力分析,系统受重力、大气压力和缸内气体的压力作用而平衡,得:
(M+m)g+p0S=p2S
根据查理定律:
P1
T2=
P2
T2
联立可得:
m=
(P0S+Mg)(T2−T1)
T1g
答:(1)此过程中气体吸收的热量为△U+(p0S+Mg)△L.
(2)所加砝码的质量为
(P0S+Mg)(T2−T1)
T1g
点评:
本题考点: 理想气体的状态方程.
考点点评: 此题是理想气体状态方程和热力学第一定律的结合,关键要准确分析气体作何种变化,再选择相应的规律解答,根据平衡条件求解封闭气体的压强是惯用的思路,要加强训练,熟练掌握.