Question

11．為適應(yīng)太空環(huán)境，去太空旅行的航天員都要穿航天服．航天服有一套生命保障系統(tǒng)，為航天員提供合適的溫度、氧氣和氣壓，讓航天員在太空中如同在地面上一樣．假如茬地面上航天服內(nèi)氣壓為1atm，氣體體積為2L，到達(dá)太空后由于外部氣壓低，航吞服急劇膨脹，內(nèi)部氣體體積變?yōu)?L，使航天服達(dá)到最大體積．若航天服內(nèi)氣體的溫度不變，將航天服視為封閉系統(tǒng)．
（1）求此時(shí)航天服內(nèi)的氣體壓強(qiáng)，并從微觀角度解釋壓強(qiáng)變化的原因．
（2）由地面到太空過(guò)程中航天服內(nèi)氣體吸熱還是放熱，為什么？
（3）若開(kāi)啟航天服封閉系統(tǒng)向航天服內(nèi)充氣，使航天服內(nèi)的氣壓恢復(fù)到0.9atm，則需補(bǔ)充1atm的等溫氣體多少升？

Answer 1

分析 （1）求出氣體的狀態(tài)參量，應(yīng)用玻意耳定律求出氣體壓強(qiáng)；應(yīng)用分子動(dòng)理論分析答題．
（2）根據(jù)氣體狀態(tài)變化過(guò)程，應(yīng)用熱力學(xué)第一定律分析答題．
（3）求出氣體的狀態(tài)參量，應(yīng)用玻意耳定律求出氣體的體積．

解答 解：（1）對(duì)航天服內(nèi)氣體，開(kāi)始時(shí)壓強(qiáng)為P₁=latm，
體積為V₁=2L，到達(dá)太空后壓強(qiáng)為P₂，氣體體積為V₂=4L．
氣體發(fā)生等溫變化，由玻意耳定律得：P₁ V₁=P₂ V₂，解得：P₂=0.5atm；
航天服內(nèi)，溫度不變，氣體分子平均動(dòng)能不變，體積膨脹，
單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，單位時(shí)間撞擊到單位面積上的分子數(shù)減少，故壓強(qiáng)減�。�  
（2）航天服內(nèi)氣體吸熱．因?yàn)轶w積膨脹對(duì)外做功，而航天服內(nèi)氣體溫度不變，
即氣體內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w吸熱；
（3）設(shè)需補(bǔ)充latm氣體礦升后達(dá)到的壓強(qiáng)為B=0.9atm，取總氣體為研究對(duì)象，
由玻意耳定律得：P₁（V₁+V′）=P₃V₂，解得：V′=1.6L；
答：（1）航天服內(nèi)的氣體壓強(qiáng)為0.5atm；氣體壓強(qiáng)變化的原因：航天服內(nèi)，溫度不變，氣體分子平均動(dòng)能不變，體積膨脹，單位體積內(nèi)的分子數(shù)減少，單位時(shí)間撞擊到單位面積上的分子數(shù)減少，壓強(qiáng)減小．
（2）由地面到太空過(guò)程中航天服內(nèi)氣體吸熱，體積膨脹對(duì)外做功，而航天服內(nèi)氣體溫度不變，即氣體內(nèi)能不變，由熱力學(xué)第一定律可知?dú)怏w吸熱．
（3）若開(kāi)啟航天服封閉系統(tǒng)向航天服內(nèi)充氣，使航天服內(nèi)的氣壓恢復(fù)到0.9atm，則需補(bǔ)充1atm的等溫氣體1.6升．

點(diǎn)評(píng) 本題是一道熱學(xué)綜合題，考查了求氣體壓強(qiáng)、氣體體積問(wèn)題，分析清楚氣體狀態(tài)變化過(guò)程、應(yīng)用玻意耳定律即可正確解題．