Question

（2013?棗莊一模）如圖所示，粗細均勻的U形玻璃管中裝有水銀，開口向 上豎直放置A，B兩側管口等高．厚度不計且密閉性能良好的橡皮 活塞（帶有拉桿）原來靜止在A管中的C處，在A管中封閉一定質 量的氣體，此時B管水銀面比A管水銀面髙出h=10cm，B管管口 比水銀面離出L₁=10cm，A管中活塞下方空氣柱長度L₂=3.5cm，外界的大氣壓強為P₀=75cmHg．現將活塞緩慢地往上提，直到A、B兩管水銀面相平為止．上述過程中封閉氣體的溫度保持不變．求：
①活塞在A管內向上運動的距離
②試判斷封閉氣體在上述過程中是吸熱還是放熱？并簡述原因．

Answer 1

分析：由玻意耳定律求高度，由幾何關系即可求活塞上升高度，根據熱力學第一定律判斷吸熱或放熱．

解答：解：①設玻璃管的橫截面積為S，活塞向上提后，在A管內向上運動的距離為x，空氣柱的長度L₀，初態：P₁=85cmHg  V₁=L₂S
末態：P₂=75cmHg  V₂=LS
由：P₁V₁=P₂V₂
代入數據的L≈3.97cm
由題意 知B中水銀面下降5cm，A中水銀面上升5cm
由幾何關系知：x=L+5-3.5≈5.47cm
②溫度不變，內能不變，氣體膨脹對外做功，由熱力學第一定律得：
Q=△U-W故Q＞0，即氣體吸熱．
答：①活塞在A管內向上運動的距離5.47cm．
②封閉氣體在上述過程中是吸熱．

點評：本題考查了氣體實驗定律中的玻意耳定律和熱力學第一定律公式△U=Q+W，注意各物理量的正負號．