Question

16．如图所示，圆柱形气缸倒置在水平粗糙地面上，内封一定质量的空气，气缸质量为M=10kg，活塞质量为m=5kg，截面积为S=20cm²，活塞与缸壁的摩擦不计，缸壁厚度不计．当缸内气体温度为t₁=27℃时，活塞刚好与地面相接触，但对地面无压力．现使缸内气体温度缓慢升高，当气缸（不含活塞）恰好对地面无压力时，求缸内气体的温度．大气压强为Po=1.0×10⁵Pa，重力加速度g=10m/s²．

Answer 1

分析 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；
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=273+27=300 K…①
开始时活塞对地面无压力对活塞：P₁S+mg=P₀S
即：${P}_{1}={P}_{0}-\frac{mg}{S}$…②
当温度升为T₂时气缸对地面无压力，
对气缸：P₂S=P₀S+Mg           
即：P₂=${P}_{0}+\frac{Mg}{S}$…③
对缸内气体：等容变化，由查理定律得：$\frac{{P}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}$…④
①②③④联立求解得：T₂=600K 
答：缸内气体的温度为600K．

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．