《2025年新坐标同步练习高中物理选择性必修第三册人教版青海专用》

例3(2024·海南省直辖县级单位开学考)如图1所示,高度为$h$、横截面积为$S$的绝热汽缸开口向上。现将横截面积为$S$的绝热活塞轻轻放入汽缸,活塞下降$\frac{1}{4}h$后稳定(如图2所示)。已知外部大气压强为$p_0$,环境温度为$T_0$,活塞的重力大小为$\frac{1}{2}p_0S$,活塞与汽缸之间不漏气且无摩擦,封闭气体可视为理想气体,活塞和汽缸厚度可忽略。


(1) 活塞下降稳定后,求封闭气体的温度$T_1$；
(2) 通过电热丝对封闭气体缓慢加热,当活塞再次上升到汽缸顶端时(未离开汽缸),求封闭气体的温度$T_2$。

答案：
(1)$\frac{9}{8}T_0$
(2)$\frac{3}{2}T_0$

(1) 气体实验定律中温度、体积、压强在微观上分别与什么相关？在微观上,气体的温度决定气体分子的平均动能,体积决定分子的数密度,而分子的平均动能和分子数密度决定气体的压强。
(2) 自行车的轮胎没气后会变瘪,用打气筒向里打气,打进去的气越多,轮胎会越“硬”。怎样从微观角度来解释这种现象？(假设轮胎的容积和气体的温度不发生变化)轮胎的容积不发生变化,随着气体不断地打入,轮胎内气体分子的数密度不断增大,温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化,单位时间内单位面积上碰撞次数增多,故气体压强不断增大,轮胎会越来越“硬”。
[提示]______

答案：
(1)在微观上,气体的温度决定气体分子的平均动能,体积决定分子的数密度,而分子的平均动能和分子数密度决定气体的压强。
(2)轮胎的容积不发生变化,随着气体不断地打入,轮胎内气体分子的数密度不断增大,温度不变意味着气体分子的平均动能没有发生变化,单位时间内单位面积上碰撞次数增多,故气体压强不断增大,轮胎会越来越“硬”。