题目内容

【题目】如图所示,左端开口的气缸固定在水平桌面,用截面积S=50cm2的活塞封闭一定量的气体,活塞上系一轻绳通过定滑轮连接质量m=10kg的物体。开始时系统处于平衡状态,缸内气体温度t1=27℃。已知大气压强p0=1×105Pa,重力加速度g取10m/s2,气缸内壁光滑。求:

(1)开始时气缸内部的气体压强p1;

(2)现用一外力缓慢拉动活塞,当缸内气体体积变为初始体积的1.25倍时,对应的外力F为多大?

(3)在第2小问的基础上,若想撤去外力后活塞能静止在原处,写出可行的方案,并通过计算说明你的方案。

【答案】(1);(2);(3)见解析所示

【解析】

(1)以活塞为研究对象,根据平衡分析可知

(2)设开始时缸内气体体积为,则,因为缓慢推动活塞,所以气体温度不变,根据玻意耳定律 ,所以

以活塞为研究对象,受力如图

根据平衡

(3)以气缸内气体为研究对象,因为活塞静止在原处,所以气体体积不变且

根据查理定律 即

解得:

利用销子把活塞固定在原处,加热气缸使气体温度上升至102℃,再拔去销子。(或在逐渐升高气缸内气体温度的同时减少外力F,当气体温度升高至102℃(375K)时撤去外力)

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