题目内容

【题目】如图,一固定的竖直气缸有一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞,已知大活塞的质量为m1=2.50kg,横截面积为s1=80.0cm2 , 小活塞的质量为m2=1.50kg,横截面积为s2=40.0cm2;两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为l=40.0cm2 , 气缸外大气压强为p=1.00×105Pa,温度为T=303K.初始时大活塞与大圆筒底部相距 ,两活塞间封闭气体的温度为T1=495K,现气缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下移,忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦,重力加速度g取10m/s2 . 求:

(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度;
(2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强.

【答案】
(1)

解:设初始时气体体积为V1,在大活塞与大圆筒底部刚接触时,缸内封闭气体的体积为V2,温度为T2.由题给条件得

V2=s2l②

在活塞缓慢下移的过程中,用pl表示缸内气体的压强,由力的平衡条件得s1(p1﹣p)=m1g+m2g+s2(p1﹣p)③

故缸内气体的压强不变.由盖﹣吕萨克定律有

联立①②④式并代入题给数据得T2=330K⑤

答:在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度为330K;


(2)

解:在大活塞与大圆筒底部刚接触时,被封闭气体的压强为p1.在此后与汽缸外大气达到热平衡的过程中,被封闭气体的体积不变.设达到热平衡时被封闭气体的压强为p,由查理定律,有

联立③⑤⑥式并代入题给数据得p=1.01×105Pa

答:缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强为1.01×105Pa


【解析】本题考查了求气体的温度与压强,分析清楚气体状态变化过程、应用盖吕萨克定律与查理定律即可正确解题.

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