题目内容

如图所示,圆柱形气缸竖直放置,气缸内活塞的面积为,质量为200g,其上放一质量为100g的小球,开始时活塞处于位置Ⅰ,气缸内被封闭气体的温度为450K,压强为2.0×,外界大气压为1.0×,松开制动装置后,活塞推动小球一起向上加速运动,当活塞达到位置Ⅱ时,小球速度达5m/s,并刚要脱离活塞,活塞厚度不计,g取10m/,求:

(1)活塞到达位置Ⅱ时,气缸内气体的压强和温度各是多少?

(2)若气缸壁是光滑的,且与外界无热交换,在活塞由位置Ⅰ到位置Ⅱ的过程中,缸内气体内能改变了多少?

答案:
解析:

(1)正确判断小球和活塞分离的条件:两者具有相同速度和加速度,且相互作用力为零.

  =g,

  对封闭气体初态参量  

  分离时气体参量  

  由气态方程=  ∴

  (2)对封闭气体,对活塞做功而无热交换,所以内能减小,对活塞在上升5cm过程中应用动能定理:

  

  

  =0.3×10×0.05+1××10××0.05+×0.3×25J

  =8.9J

  所以缸内气体内能减少了:8.9J


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