Question

11．如圖所示，在豎直擺放的氣缸內(nèi)有水和水蒸氣，水蒸氣上方由質(zhì)量為M=60kg的可以自由上下移動(dòng)的活塞封閉系統(tǒng)，活塞上方為真空．當(dāng)水中加熱器功率為P₁=100W時(shí)，活塞以v₁=0.01m/s緩慢上升，當(dāng)加熱器功率為P₂=200W時(shí)，活塞以v₂=0.025m/s緩慢上升，若在加熱水的過(guò)程中容器的溫度不變，求系統(tǒng)散熱速率（即單位時(shí)間內(nèi)熱量散失量）．

Answer 1

分析 容器內(nèi)無(wú)空氣，根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)水蒸氣的飽和氣壓不變，確定散熱速率是否變化，計(jì)算出飽和氣壓根據(jù)熱量關(guān)系為P△t=L△m+q△t計(jì)算即可．

解答 解：因容器內(nèi)無(wú)空氣，系統(tǒng)內(nèi)水蒸氣的飽和氣壓不變，系統(tǒng)溫度T肯定不變，則系統(tǒng)可能有散熱，
又因T不變，且環(huán)境溫度不變，系統(tǒng)和環(huán)境的溫差不變，則散熱速率q不變；
飽和氣壓為：${p}_{0}^{\;}=\frac{Mg}{S}$，
由于有熱量供給，△t時(shí)間內(nèi)水蒸氣增高△h，
質(zhì)量增加量滿足：p₀S△h=$\frac{△m}{μ}$RT，μ為水的摩爾質(zhì)量．
熱量關(guān)系為P△t=L△m+q△t，
則：P₁=$\frac{LμMg{v}_{1}}{RT}+q$，P₂=$\frac{LμMg{v}_{2}}{RT}+q$，
解得：q=3.33J/s；
答：系統(tǒng)散熱速率為3.33J/s．

點(diǎn)評(píng) 本題主要是考查了有關(guān)理想氣體狀態(tài)方程的計(jì)算，設(shè)計(jì)到的散熱速率是高中階段不要求計(jì)算的，難度較大．