Question

【题目】如图所示，一根上粗下细、粗端与细端都粗细均匀的玻璃管上端封闭、下端开口，横截面积S1=4S2，下端与大气连通．粗管中有一段水银封闭了一定质量的理想气体，水银柱下表面恰好与粗管和细管的交界处齐平，空气柱和水银柱长度均为h=4cm．现在细管口连接一抽气机（图中未画出），对细管内气体进行缓慢抽气，最终使一半水银进入细管中，水银没有流出细管．已知大气压强为P0=76cmHg．

①求抽气结束后细管内气体的压强；

②抽气过程中粗管内气体吸热还是放热？请说明原因．

Answer 1

【答案】①求抽气结束后细管内气体的压强P2=58cmHg；

②抽气过程中粗管内气体吸热，抽气过程中，粗管内气体温度不变，内能不变，△U=W+Q=0，气体体积增大，对外做功，W＜0则Q＞0，故气体需要吸热．

【解析】试题分析：（1）根据体积不变，求出水银柱恰好一半进入粗管中时，水银柱的高度，根据理想气体状态方程求解时封闭气体的压强，再根据平衡条件知细管里气体压强；

（2）抽气过程，封闭气体发生等温变化，根据热力学第一定律可以判定是吸热还是放热．

解：（1）缓慢抽气过程，粗管内气体温度不变，设抽气后粗管内气体压强为P3，细管内压强为P2，

由玻意耳定律知（P0﹣h）=P1（h+h）

P2=P1+（）

解得P2=58cmHg；

（2）抽气过程中，粗管内气体温度不变，内能不变，△U=W+Q=0，气体体积增大，对外做功，W＜0

则Q＞0，故气体需要吸热．

答：①求抽气结束后细管内气体的压强P2=58cmHg；

②抽气过程中粗管内气体吸热，抽气过程中，粗管内气体温度不变，内能不变，△U=W+Q=0，气体体积增大，对外做功，W＜0则Q＞0，故气体需要吸热．