Question

[物理--选修3-3]
（1）固定的水平气缸内由活塞B封闭着一定质量的理想气体，气体分子之间的相互作用可以忽略，假设气缸壁的导热性能良好，环境的温度保持不变，若用外力F将活塞B缓慢地向右拉动，如图所示，则在拉动活塞的过程中，关于气缸内气体的下列结论，其中正确的是______
A．气体对外做功，气体内能减小
B．气体对外做功，气体内能不变
C．气体向外界放热，压强变大
D．气体从外界吸热，压强变小
（2）（如图所示，质量为m=10kg的活塞将一定质量的理想气体密封在气缸中，开始时活塞距气缸底高度h₁=40cm．此时气体的温度T₁=300K．现缓慢给气体加热，气体吸收的热量Q=420J，活塞上升到距气缸底h₂=60cm．已知活塞面积S=50cm²，大气压强P=1.010⁵Pa，不计活塞与气缸之间的摩擦，g取l0m/s²．求
①当活塞上升到距气缸底h₂时，气体的温度T₂
②给气体加热的过程中，气体增加的内能△U．

Answer 1

【答案】分析：（1）气缸壁的导热性能良好，环境的温度保持不变，故气体做等温变化，温度不变内能不变，做功放热问题可由热力学第一定律讨论，压强的变化可由压强产生的微观解释分析．
（2）气体做等压变化，找出初末状态的状态参量列等压变化方程求解，加热的过程中内能的变化可由热力学第一定律讨论．
解答：解：（1）A、B：气体体积变大，故气体对外做功；又气缸壁的导热性能良好，环境的温度保持不变，故气体做等温变化，温度不变即：内能不变，故A错误，B正确．
C、D：内能不变：即△U=0，又气体对外做功，故W＜0，
由热力学第一定律：△U=W+Q得：Q=-W＞0；故气体从外界吸热；
气体体积变大，单位体积内的分子数变少，温度不变，分子的平均动能减小，故气体的压强变小．故D正确，C错误．
故选：BD
（2）解：①活塞质量和大气压强不变，所以气体做等压变化：

代入数据得：

解得：T₂=45OK 
②气体的压强为：

因为是等压变化：W=-P△V=-120J
由热力学第一定律△U=W+Q得：
△U=420-120=300J
答：①当活塞上升到距气缸底h₂时，气体的温度T₂为450K
②给气体加热的过程中，气体增加的内能△U=300J
点评：第一题主要考察热力学第一定律和压强的微观解释，关键点在气体等温变化；第二题主要考察理想气体状态方程和热力学第一定律，分析好状态参量列式计算即可．