题目内容

【题目】如图所示,开口向上竖直放置的横截面积为的气缸内有、两个质量忽略不计的活塞,两个活塞把气缸内的气体分割为两个独立的部分和,的长度为30cm,的长度是长度的一半,气缸和活塞都是绝热的,活塞导热性能良好,与活塞和气缸底部相连的轻弹簧劲度系数为100N/m,部分下端有与电源相连的电热丝。初始状态、两部分气体的温度均为27℃,弹簧处于原长,活塞刚好与气缸口相齐平,开关S断开。若在活塞上放上一个2kg的重物,则活塞下降一段距离后静止(已知外界大气压强为,重力加速度为,取)

(1)求稳定后部分气柱的长度;

(2)合上开关S,对部分气体进行加热,可以使上升再次与气缸口齐平,则此时部分气体的温度为多少?

【答案】(1)25cm;(2)227℃

【解析】

(1)对于部分气体,初态

末态

根据玻意耳定律有

解得

即稳定后部分气柱长度变为25cm。

(2)若使活塞返回原处,部分气体末状态时气柱长为,此时弹簧要伸长,对活塞有

解得

对于部分气体,初态

末态

根据理想气体状态方程

解得

则此时温度为

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