Question

【题目】一容积为V0的容器通过细管与一个装有水银的粗细均匀的U形管相连（U形管和细管中的气体体积远小于容器的容积V0），U形管的右管与大气相通，大气压为750mmHg。关闭阀门，U形管的左、右管中水银面高度相同，此时气体温度为300K。现仅对容器内气体进行加热。

①如图所示，当U形管右侧管中的水银面比左侧管中的水银面高H=50mm时，求封闭容器内气体的温度；

②保持①问中的温度不变，打开阀门K缓慢抽出部分气体，当U形管左侧管中的水银面比右侧管中的水银面高50mm时（水银始终在U形管内），求封闭容器内剩余气体的质量与原来总质量的比值；

③判断在抽气的过程中剩余气体是吸热还是放热，并阐述原因。

Answer 1

【答案】①320K；②；③吸热，原因见详解

【解析】

①由题意可知

设升温后气体的压强为p0，由查理定律得

解得

T=320K

②当U形管左侧管中的水银面比右侧管中的水银面高50mm时，压强p=700mmHg。

抽气过程可等效为等温膨胀过程，设膨胀后气体的总体积为V，由玻意耳定律得

设剩余气体的质量与原来总质量的比值为k，由题意得

③吸热。因为抽气过程中剩余气体温度不变，故内能不变，而剩余气体膨胀对外做功，所以根据热力学第一定律可知剩余气体要吸热。