Question

[物理一選修3-3]
鋼瓶內裝有高壓氧氣．春天當室內溫度為17℃時，壓力表指示的壓強數值為2×10⁵Pa，
若夏天時壓力表指示的數值為2.1×10⁵pa，求：
（1）夏天室內的溫度為多少？
（2）從微觀上解釋氣體壓強變化的原因；
（3）若打開閥門氧氣迅速從瓶口噴出，經過很短的時間當內外氣壓相等時立即關閉閥門．
過一段時間后再打開閥門，會不會再有氧氣逸出？

Answer 1

分析：（1）鋼瓶內的高壓氧氣體積保持不變，根據查理定律求解夏天室內的溫度．
（2）氣體壓強與分子密度和平均動能有關，根據分子動理論解釋氣體的壓強變化的原因．
（3）根據熱力學第一定律分析會不會再有氧氣逸出．

解答：解：（1）在夏天設氣體的壓強為P₂，由查里定律得

p1

T1

=

p2

T2

帶入數據得：T₂=304.5K，t₂=31.5℃
（2）氣體的體積不變，分子密度不變．溫度升高，氣體分子的平均動能增大，單位時間內氣體分子對容器壁單位面積的碰撞力增大，導致壓強增大．
（3）第一次打開閥門氧氣“迅速”噴出，是一個絕熱過程Q=0，同時氧氣體積膨脹對外做功W＜0，由熱力學第一定律△U=W+Q可知：△U＜0，即瓶內氧氣溫度降低，低于外界溫度，而壓強等于外界大氣壓；過一段時間經過熱交換，鋼瓶內氧氣的溫度又和外界溫度相同，由于體積未變，所以瓶內氧氣壓強增大，即大于大氣壓，因此再次打開閥門，將會有氧氣逸出．
答：
（1）夏天室內的溫度為31.5℃．
（2）氣體的體積不變，分子密度不變．溫度升高，氣體分子的平均動能增大，單位時間內氣體分子對容器壁單位面積的碰撞力增大，導致壓強增大．
（3）若打開閥門氧氣迅速從瓶口噴出，經過很短的時間當內外氣壓相等時立即關閉閥門，過一段時間后再打開閥門，會有氧氣逸出．

點評：本題首先要抓住鋼瓶內的氧氣體積不變，由查理定律研究其狀態變化．氣體的壓強與分子密度和分子平均動能有關．