题目内容
【题目】（10分）如图所示，一圆柱形气缸竖直放置，气缸正中间有挡板，位于气缸口的活塞封闭着一定质量的理想气体。活塞的质量为m，横截面积为S。开始时，活塞与气缸底部相距L，测得气体的温度为T0。现缓慢降温，让活塞缓慢下降，直到恰好与挡板接触但不挤压。然后在活塞上放一重物P，对气体缓慢升温，让气体的温度缓慢回升到T0，升温过程中，活塞不动。已知大气压强为p0，重力加速度为g，不计活塞与气缸间摩擦。
（i）求活塞刚与挡板接触时气体的温度和重物P的质量的最小值。
（ii）整个过程中，气体是吸热还是放热，吸收或放出热量为多少？
【答案】（i）
（ii）气体向外放热
【解析】（i）缓慢降温过程是一个等压过程
初态：温度T0，体积V0=LS，末态：温度T1，体积V1=
由盖·吕萨克定律有
，解得
（3分）
升温过程中，活塞不动，是一个等容过程
初态：温度
，压强
，末态：温度T2=T0，压强
由查理定律有
，解得
（3分）
（ii）整个过程，理想气体的温度不变，内能不变（1分）
降温过程体积变小，外界对气体做的功为
（1分）
升温过程，体积不变，气体不对外界做功，外界也不对气体做功（1分）
由热力学第一定律，整个过程中，气体放出热量
（1分）
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