Question

16．如图，气缸固定于水平面，用截面积为20cm²的活塞封闭一定量的气体，活塞与缸壁间摩擦不计．当大气压强为1.0×10⁵Pa、气体温度为87℃时，活塞在大小为40N、方向向左的力F作用下保持静止，气体压强为1.2×10⁵Pa．若保持话塞不动，将气体温度降至27℃，则F变为0N．

Answer 1

分析 根据活塞的受力平衡即可求出气体压强；保持话塞不动，所以为等容变化，根据查理定律即可求出末状态被封闭气体的压强，再次利用活塞的受力平衡，即可求出末状态时外力F的大小．

解答 解：设大气压强为P₀=1.0×10⁵Pa，被封闭气体的压强为P₁，横截面积为S=20cm²=2.0×10^-3m²，
活塞保持静止，活塞受力平衡，则：P₁S=P₀S+F
解得：P₁=$\frac{{P}_{0}S+F}{S}$=$\frac{1.0×1{0}^{5}×2.0×1{0}^{-3}+40}{2.0×1{0}^{-3}}$Pa=1.2×10⁵Pa
保持话塞不动，故为等容变化，
初态压强：P₁=1.2×10⁵Pa
初态温度：T₁=（87+273）K=360K
末态压强：P₂
末态温度：T₂=（27+273）K=300K
根据查理定律可得：$\frac{{P}_{1}}{{T}_{1}}$=$\frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}$
解得：P₂=1.0×10⁵Pa
根据平衡可得：P₂S=P₀S+F
解得：F=0N
故答案为：1.2×10⁵，0

点评 本题考查理想气体的状态方程，要熟悉理想气体等温变化，用玻意耳定律；理想气体等容变化，用查理定律；理想气体等压变化，用盖•吕萨克定律；在求解被封闭气体压强时，往往结合力学知识进行求解，注意将力学知识和热学知识的联系，加强所学知识的综合应用．