(4 分)如图所示,一定质量的理想气体从状态 A 经等压过…——2012 高考物理第 14 题答案解析

2012_江苏卷

2012 江苏 第 14 题 解答题 区分题
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14.(4 分)如图所示,一定质量的理想气体从状态 A 经等压过程到状态 B.此过程中,气体压强 $\mathsf { p } { = } 1 . 0 \times 1 0 ^ { 5 } \mathsf { P a }$ ,吸收的热量 $\mathrm { Q } { = } 7 . 0 \times 1 0 ^ { 2 } \mathrm { J }$ ,求此过程中气体内能的增量

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由 $V-T$ 图像可知,状态 $A$ 的参量为 $V_A = 6.0 \times 10^{-3} \, \text{m}^3$,$T_A = 3.0 \times 10^2 \, \text{K}$;状态 $B$ 的温度 $T_B = 4.0 \times 10^2 \, \text{K}$。

气体从 $A$ 到 $B$ 发生等压变化,根据盖-吕萨克定律 $\frac{V_A}{T_A} = \frac{V_B}{T_B}$,代入数据得:
$$ V_B = \frac{T_B}{T_A} V_A = \frac{4.0 \times 10^2}{3.0 \times 10^2} \times 6.0 \times 10^{-3} \, \text{m}^3 = 8.0 \times 10^{-3} \, \text{m}^3 $$

在此过程中,气体体积膨胀,对外做功。做功大小为:
$$ W' = p \Delta V = p (V_B - V_A) $$
$$ W' = 1.0 \times 10^5 \times (8.0 \times 10^{-3} - 6.0 \times 10^{-3}) \, \text{J} = 2.0 \times 10^2 \, \text{J} $$

根据热力学第一定律 $\Delta U = Q + W$,其中气体吸热 $Q = 7.0 \times 10^2 \, \text{J}$,气体对外做功,故外界对气体做功 $W = -W' = -2.0 \times 10^2 \, \text{J}$。
则气体内能的增量为:
$$ \Delta U = 7.0 \times 10^2 \, \text{J} - 2.0 \times 10^2 \, \text{J} = 5.0 \times 10^2 \, \text{J} $$

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