热学：3热力学定律与气体实验定律的综合

Q=I2RT热力学定律与气体实验定律的综合热学

如图所示，水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的质量m=10kg，横截面积S=100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到汽缸底部的距离L1=11cm，到汽缸口的距离L2=4cm。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平。已知g=10m/s2，外界气温为27°C，大气压强为1.0×105Pa，活塞厚度不计，求：(1)活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度是多少?(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q=350J的热量，则气体增加的内能∆U多大?如图所示，水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的质量m=10kg，横截面积S=100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到汽缸底部的距离L1=11cm，到汽缸口的距离L2=4cm。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平。已知g=10m/s2，外界气温为27°C，大气压强为1.0×105Pa，活塞厚度不计，求：(1)活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度是多少?(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q=350J的热量，则气体增加的内能∆U多大?解析(1)当汽缸水平放置时，p0=1.0×105Pa，V0=L1S，T0=（273+27）K=300K。当汽缸口朝上，活塞到达汽缸口时，活塞的受力分析如图所示根据平衡条件有p1S=p0S+mg

V1=（L1+L2）S由理想气体状态方程得解得T1=450K如图所示，水平放置的汽缸内封闭一定质量的理想气体，活塞的质量m=10kg，横截面积S=100cm2，活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动且不漏气，活塞到汽缸底部的距离L1=11cm，到汽缸口的距离L2=4cm。现将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置，待稳定后对缸内气体逐渐加热，使活塞上表面刚好与汽缸口相平。已知g=10m/s2，外界气温为27°C，大气压强为1.0×105Pa，活塞厚度不计，求：(1)活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度是多少?(2)在对缸内气体加热的过程中，气体膨胀对外做功，同时吸收Q=350J的热量，则气体增加的内能∆U多大?解析(2)当汽缸口向上，未加热稳定时：由玻意耳定律得p0L1S=p1LS加热后，气体做等压变化，外界对气体做功为W=－p0(L1+L2－L)S－mg(L1+L2－L)根据热力学第一定律ΔU＝W＋Q解得ΔU＝295J分析思路1(4)等压变化气体膨胀对外做功：W=PΔV(3)利用热力学第一定律判断是吸热还是放热。由热力学第一定律ΔU＝W＋Q，则Q＝ΔU－W，若已知气体的做功情况和内能的变化情况，即可判断气体状态变化是吸热过程还是放热过程。(2)利用温度的变化分析理想气体内能的变化。一定质量的理想气体的内能仅与温度有关，温度升高，内能增加；温度降低，内能减小。(1)利用体积的变化分析做功问题。气体体积增大，气体对外做功；气体体积减小，外界对气体做功。注意事项2(1)分清气体的变化过程是求解问题的关键。(4)要弄清楚状态参量与过程量的区别。(3)力学及热力学研究对象首先要明确。同一题研究对象