Question

[物理一選修3-3]
鋼瓶?jī)?nèi)裝有高壓氧氣．春天當(dāng)室內(nèi)溫度為17℃時(shí)，壓力表指示的壓強(qiáng)數(shù)值為2×10⁵Pa，
若夏天時(shí)壓力表指示的數(shù)值為2.1×10⁵pa，求：
（1）夏天室內(nèi)的溫度為多少？
（2）從微觀上解釋氣體壓強(qiáng)變化的原因；
（3）若打開(kāi)閥門氧氣迅速?gòu)钠靠趪姵觯��?jīng)過(guò)很短的時(shí)間當(dāng)內(nèi)外氣壓相等時(shí)立即關(guān)閉閥門．
過(guò)一段時(shí)間后再打開(kāi)閥門，會(huì)不會(huì)再有氧氣逸出？

Answer 1

分析：（1）鋼瓶?jī)?nèi)的高壓氧氣體積保持不變，根據(jù)查理定律求解夏天室內(nèi)的溫度．
（2）氣體壓強(qiáng)與分子密度和平均動(dòng)能有關(guān)，根據(jù)分子動(dòng)理論解釋氣體的壓強(qiáng)變化的原因．
（3）根據(jù)熱力學(xué)第一定律分析會(huì)不會(huì)再有氧氣逸出．

解答：解：（1）在夏天設(shè)氣體的壓強(qiáng)為P₂，由查里定律得

p1

T1

=

p2

T2

帶入數(shù)據(jù)得：T₂=304.5K，t₂=31.5℃
（2）氣體的體積不變，分子密度不變．溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)容器壁單位面積的碰撞力增大，導(dǎo)致壓強(qiáng)增大．
（3）第一次打開(kāi)閥門氧氣“迅速”噴出，是一個(gè)絕熱過(guò)程Q=0，同時(shí)氧氣體積膨脹對(duì)外做功W＜0，由熱力學(xué)第一定律△U=W+Q可知：△U＜0，即瓶?jī)?nèi)氧氣溫度降低，低于外界溫度，而壓強(qiáng)等于外界大氣壓；過(guò)一段時(shí)間經(jīng)過(guò)熱交換，鋼瓶?jī)?nèi)氧氣的溫度又和外界溫度相同，由于體積未變，所以瓶?jī)?nèi)氧氣壓強(qiáng)增大，即大于大氣壓，因此再次打開(kāi)閥門，將會(huì)有氧氣逸出．
答：
（1）夏天室內(nèi)的溫度為31.5℃．
（2）氣體的體積不變，分子密度不變．溫度升高，氣體分子的平均動(dòng)能增大，單位時(shí)間內(nèi)氣體分子對(duì)容器壁單位面積的碰撞力增大，導(dǎo)致壓強(qiáng)增大．
（3）若打開(kāi)閥門氧氣迅速?gòu)钠靠趪姵觯��?jīng)過(guò)很短的時(shí)間當(dāng)內(nèi)外氣壓相等時(shí)立即關(guān)閉閥門，過(guò)一段時(shí)間后再打開(kāi)閥門，會(huì)有氧氣逸出．

點(diǎn)評(píng)：本題首先要抓住鋼瓶?jī)?nèi)的氧氣體積不變，由查理定律研究其狀態(tài)變化．氣體的壓強(qiáng)與分子密度和分子平均動(dòng)能有關(guān)．