Question

【题目】如图所示，竖直放置的圆筒形注射器，活塞上端接有气压表，能够方便测出所封闭理想气体的压强．开始时，活塞处于静止状态，此时气体体积为30cm3 ， 气压表读数为1.1×105Pa．若用力向下推动活塞，使活塞缓慢向下移动一段距离，稳定后气压表读数为2.2×105Pa．不计活塞与气缸内壁间的摩擦，环境温度保持不变．

（1）简要说明活塞移动过程中，被封闭气体的吸放热情况
（2）求活塞稳定后气体的体积
（3）对该过程中的压强变化做出微观解释

Answer 1

【答案】
（1）

在移动活塞的过程中，气体体积变小，外界对气体做功，W＞0；环境温度不变，活塞缓慢向下移动过程中，气体温度不变，气体温度内能不变，△U=0；由热力学第一定律△U=W+Q，可知Q=△U﹣W=﹣W＜0，因此气体要放出热量。

（2）

气体发生了等温变化，由玻意耳定律可得：P1V1=P2V2，即：1.1×105Pa×30cm3=2.2×105Pa×V2，解得：V2=15cm3。

（3）

气体温度不变，分子平均动能不变，每个分子对器壁的撞击力不变；在活塞向下移动的过程中，气体体积减小，分子密度增加，单位时间内撞击器壁的分子数增加，器壁单位面积受到的压力增大，即气体压强增大．

【解析】①在移动活塞的过程中，气体体积变小，外界对气体做功，W＞0；
环境温度不变，活塞缓慢向下移动过程中，气体温度不变，气体温度内能不变，△U=0；
由热力学第一定律△U=W+Q ， 可知Q=△U﹣W=﹣W＜0，因此气体要放出热量；
②气体发生了等温变化，由玻意耳定律可得：P1V1=P2V2 ，
即：1.1×105Pa×30cm3=2.2×105Pa×V2 ， 解得：V2=15cm3 ，
③气体温度不变，分子平均动能不变，每个分子对器壁的撞击力不变；
在活塞向下移动的过程中，气体体积减小，分子密度增加，
单位时间内撞击器壁的分子数增加，器壁单位面积受到的压力增大，即气体压强增大．
所以答案是：①封闭气体放热；②活塞稳定后气体的体积是15cm3；
③气体温度不变，分子平均动能不变，气体体积减小，分子密度增大，气体压强变大．