Question

【题目】如图，一固定的水平气缸有一大一小两个同轴圆筒组成，两圆筒中各有一个活塞，已知大活塞的横截面积为S，小活塞的横截面积为；两活塞用刚性轻杆连接，间距保持为l，气缸外大气压强为p0，温度为T，初始时大活塞与大圆筒底部相距，两活塞间封闭气体的温度为2T，活塞在水平向右的拉力作用下处于静止状态，拉力的大小为F且保持不变。现气缸内气体温度缓慢下降，活塞缓慢向右移动，忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦，则：

(1)请列式说明，在大活塞到达两圆筒衔接处前，缸内气体的压强如何变化？

(2)在大活塞到达两圆筒衔接处前的瞬间，缸内封闭气体的温度是多少？

(3)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时，缸内封闭气体的压强是多少？

Answer 1

【答案】(1)在大活塞到达两圆筒衔接处前，缸内气体的压强保持不变；(2)；(3)。

【解析】

(1)在活塞缓慢右移的过程中，用P1表示缸内气体的压强，由力的平衡条件得：

解得：

在大活塞到达两圆筒衔接处前，缸内封闭气体的压强：且保持不变；

(2)在大活塞到达两圆筒衔接处前，气体做等压变化，设气体的末态温度为T1，由盖吕萨克定律有：

其中：，，解得：

；

(3)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡的过程，封闭气体的体积不变，由气态方程：

解得：

。