在一大水银槽中竖直插有一根玻璃管,管上端封闭,下端开口.已知槽中水银液面以上的那部分玻璃管的长度l=76cm,管内封闭有

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  • 解题思路:由图知管内空气的压强为p,由克拉珀龙方程pV=nRT列式得到图象,压强随体积的变化关系为p-V图上过原点的直线,功的数值可用图中划有斜线的梯形面积来表示,再由由热力学第一定律W+Q=△U解得热量Q.

    设玻璃管内空气柱的长度为h,大气压强为p0,管内空气的压强为p,水银密度为ρ,重力加速度为g,

    由图复解17-1-1可知p+(l-h)ρg=p0

    根据题给的数据,可知p0=lρg,得p=ρgh②

    若玻璃管的横截面积为S,则管内空气的体积为V=Sh③

    由②③式得p=

    V

    Sρg④

    即管内空气的压强与其体积成正比,由克拉珀龙方程pV=nRT得ρg

    V2

    S=nRT⑤

    由⑤式可知,随着温度降低,管内空气的体积变小,根据④式可知管内空气的压强也变小,压强随体积的变化关系为p-V图上过原点的直线,如图复解17-1-2所示.在管内气体的温度由T1降到T2的过程中,气体的体积由V1变到V2,体积缩小,外界对气体做正功,功的数值可用图中划有斜线的梯形面积来表示,即有

    W=

    1

    2ρg(

    V1

    S+

    V2

    S)(V1−V2)=ρg(

    V21−

    V22

    2S)⑥

    管内空气内能的变化△U=nCV(T2-T1)⑦设Q为外界传给气体的热量,则由热力学第一定律W+Q=△U,

    有Q=△U-W⑧由⑤⑥⑦⑧式代入得Q=n(T2−T1)(CV+

    1

    2R)⑨

    代入有关数据得Q=-0.247JQ<0表示管内空气放出热量,故空气放出的热量为Q'=-Q=0.247J⑩

    答:此过程中管内空气放出的热量为0.247J.

    点评:

    本题考点: 理想气体的状态方程;热力学第一定律.

    考点点评: 此题考查热力学第一定律和克拉伯龙方程的应用,同时注意画出图象从而求变力做功.竞赛题,属于难题.

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