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如图所示,左右两个底部截面均为S的柱形容器竖直放置.左容器足够高,上端敞开,大气压强为p0,右容器上端封闭.两个容器的下端由可忽略容积的细管连通.容器内两个活塞A、B的重力均为0.1p0S,忽略摩擦.初始时,两个活塞A、B下方封有高度均为h的氮气,B上方封有高度为h的氢气.温度为T0=273K,系统处于平衡状态.现用外力将活塞A固定,将系统的底部浸入恒温热水槽中,使氮气温度升高到与水温相同,保持氢气的温度不变,再次平衡时,氢气柱高度变为0.8h.求:
(1)再次平衡时,氢气的压强是多少?
(2)水的温度是多少?
分析:(1)以B上方的氢气为研究对象,分析初末两个状态,整个过程中氢气的温度不变,为等温变化.根据波意耳定律可求出再次平衡时氢气的压强.
(2)结合第一问的结果,求出氮气的末状态的压强,分析氮气的初末两个状态的状态参量,利用理想气体的状态方程,可求出氮气末状态的温度,即为水的温度.
解答:解:(1)由题意可知氢气的等温过程,初态压强为P0,体积为hS;末态体积为0.8hS,设末态的压强为p.
由玻意耳定律有:p0?hS=p?0.8hS
解得:P=
P0hs
0.8hs
=1.25P0
  
(2)氮气初态压强为P1=1.1P0,体积为V1=2hS,温度为:T1=273K
末态压强:P′=P+0.1P0=1.35P0,体积V′=2.2hs,末态温度等于水的温度,设为T
由气态方程有:
1.1p0?2hS
T0
=
1.35p0?2.2hS
T

解得:T=1.35T0=368.55K
答:(1)再次平衡时,氢气的压强是273K
(2)水的温度是368.55K
点评:该题考查理想气体状态方程状态方程的应用.解题的关键是确定被封闭气体的状态和状态参量,该题特别注意通过氢气的压强求氮气的压强时,注意活塞的重力产生的压强.
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