Question

11．如圖所示，粗細均勻、導熱良好、裝有適量水銀的倒U形管豎直放置，右端與大氣相通，左端封閉氣柱長L₁=20cm（可視為理想氣體），兩管中水銀面等高．先將右端與一低壓艙（未畫出）接通，穩定后左管水銀面高出右管水銀面h=10cm．（環境溫度不變，大氣壓強p₀=75cmHg）
①求穩定后低壓艙內的壓強（用“cmHg”做單位）．
②此過程中外界對左管內的氣體做負功（填“做正功”“做負功”或“不做功”），氣體將吸熱（填“吸熱”或“放熱”）．

Answer 1

分析 ①根據題意求出封閉氣體狀態參量，然后應用玻意耳定律求出氣體壓強．
②根據氣體體積的變化情況判斷氣體做功情況，然后應用熱力學第一定律判斷氣體吸熱與放熱情況．

解答 解：①左管氣體初狀態參量：p₁=p₀=75cmHg，v₁=L₁S=20S，
氣體末狀態參量：v₂=L₂S=（20+$\frac{10}{2}$）S=25S，
氣體發生等溫變化，由玻意耳定律得：p₁V₁=p₂V₂，
即：75×20S=p₂×25S，
解得：p₂=60cmHg，
低壓艙內的壓強：p=p₂-h=60-10=50cmHg；
  ②左管氣體體積變大，氣體對外做功，即外界對氣體做負功，W＜0，
氣體溫度保持不變，氣體內能不變，△U=0，
由熱力學第二定律得：△U=W+Q，則：Q=△U-W=-W＞0，氣體吸收熱量；
答：①求穩定后低壓艙內的壓強為50cmHg．
②此過程中外界對左管內的氣體做負功，氣體將吸熱．

點評 本題考查了求氣體壓強、判斷做功與吸熱放熱情況，分析清楚氣體狀態變化過程是解題的前提，應用玻意耳定律與熱力學第一定律可以解題．