题目内容

如图所示,圆柱形气缸倒置在水平粗糙的地面上,气缸内部封有一定质量的气体.已知气缸质量为10kg,缸壁厚度不计,活塞质量为5kg,其横截面积为50cm2,所有摩擦不计.当缸内气体温度为270C时,活塞刚好与地面相接触,但对地面无压力.求:
(1)此时封闭气体压强?
(2)现使缸内气体温度升高,当气缸恰对地面无压力时,缸内气体温度为多少?(已知大气压强为p0=1.0×105Pa)
分析:(1)抓住题目中的突破口“当缸内气体温度为270C时,活塞刚好与地面相接触,但对地面无压力”,以活塞为研究对象,受力分析,利用平衡即可求出此时封闭气体的压强;
(2)现使缸内气体温度升高,当气缸恰对地面无压力时,以气缸为研究对象,可求出升温后封闭气体的压强,然后一封闭气体为研究对象,等容变化,利用查理定律就可求出气体温度.
解答:解:(1)T1=300 K…①
时活塞对地面无压力对活塞:P1S+mg=P0S
即:P1=P0-
mg
s
=0.9×105Pa 
…②
(2)当温度升为T2时气缸对地面无压力,
对气缸:P2S=P0S+Mg           
即:P1=P0+
Mg
s
=1.2×105Pa 
…③
对缸内气体:等容变化,由查理定律得:
P2
T2
=
P1
T1
…④
①②③④联立求解得:T2=400K   即:t2=127℃
答:(1)活塞对地面无压力时气体压强为0.9×105Pa;
(2)气缸恰对地面无压力时,气体的温度为127℃
点评: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
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