Question

（8分）某同学在研究“一定质量气体体积不变时压强和温度关系”实验中，将气缸开口向上竖直放置在水平桌面上，在没有压强传感器的情况下，他将力传感器和活塞一起固定，测量活塞作用在传感器上沿竖直方向的力，如图A.所示。活塞的横截面积为S＝15 cm2，大气压强p0＝1.0×105 Pa，气缸质量M＝0.75 kg。当缸内气体温度t1＝27 ℃时，力传感器示数恰好为零，升高气体的温度，根据测得数据作了如图B.所示的F﹣T图，忽略摩擦，取g＝10 m/s2。

（1）F＜0表明传感器对活塞的作用力方向为_______；

（2）直线的斜率为______，t1温度时气体压强为______Pa；

（3）该同学又从t1开始降低温度直至t2＝﹣10 ℃进行实验，且操作无误，试在图B.中作出t1至t2温度区间内的F﹣T图线，并在坐标轴上注明必要数据。

Answer 1

(1)向下 (2)﹣0.52 N/K 1.04×105(3)如图

【解析】

试题分析：（1）温度升高，气缸中的气体压强增大，活塞向上顶传感器，则传感器向下压活塞，即传感器对活塞的作用力方向为向下。

（2）直线的斜率为k=－=﹣0.52 N/K。当缸内气体温度T=0 K时，力传感器示数恰好为156 N，以活塞为研究的对象有mg+p0S=156 N，得mg=6 N，当缸内气体温度t1=27 ℃时，力传感器示数恰好为零，满足mg+p0S=pS，故t1温度时气体压强为

p==1.04×105 Pa。

（3）要使气体温度由t1变为t2，可以先做等容变化再做等压变化。在做等容的过程中，温度下降，压强变小，气缸将被拉起，当气缸刚好离开桌面时，设此时气体的压强为p′，有Mg+p′S=p0S，解得p′=9.5×104 Pa，由=，得T2=274 K。接着做等压变化，压力不变，一直降到263 K即可。图像如图所示。

考点：理想气体的状态方程