题目内容

6.如图所示,导热气缸A与导热气缸B均固定于地面,由刚性杆连接的导热活塞与两气缸间均无摩擦,两活塞面积SA、SB的比值为5:1,两气缸都不漏气;初态两气缸中气体的长度皆为L,温度皆为t0=27℃,A中气体压强PA=$\frac{7{P}_{0}}{8}$,P0是气缸外的大气压强;
(1)求B中气体的压强;
(2)若使环境温度缓慢升高,并且大气压保持不变,求在活塞移动位移为$\frac{L}{4}$时环境温度为多少?

分析 (1)对两活塞及刚性杆组成的系统受力分析,利用力平衡可求得,
(2)对AB气体分别根据理想气体状态方程列式求解,末态两活塞及刚性杆组成的系统由列平衡方程,联立即可求解.

解答 解:(1)设初态汽缸B内的压强为PB,对两活塞及刚性杆组成的系统由平衡条件有:
PASA+P0SB=PBSB+P0SA…①
据已知条件有:SA:SB=5:1…②
联立①②有:PB=$\frac{3{p}_{0}^{\;}}{8}$
(2)设末态汽缸A内的压强为PA',汽缸B内的压强为PB',环境温度由上升至的过程中活塞向右移动位移为x,则对汽缸A中的气体由理想气体状态方程得:
$\frac{{p}_{A}^{\;}L{S}_{A}^{\;}}{273+{t}_{0}^{\;}}=\frac{{p}_{A}^{′}(L+\frac{L}{4}){S}_{A}^{\;}}{273+t}$…③
对汽缸B中的气体,由理想气体状态方程得:
$\frac{{p}_{B}^{\;}L{S}_{B}^{\;}}{273+{t}_{0}^{\;}}=\frac{{p}_{B}^{′}(L-\frac{L}{4}){S}_{B}^{\;}}{273+t}$…④
对末态两活塞及刚性杆组成的系统由平衡条件有:
PA'SA+P0SB=PB'SB+P0SA…⑤
联立③④⑤得:t=127℃
答:(1)B中气体的压强$\frac{3{p}_{0}^{\;}}{8}$;
(2)若使环境温度缓慢升高,并且大气压保持不变,在活塞移动位移为$\frac{L}{4}$时环境温度为127℃

点评 本题是连接体问题,找出两部分气体状态参量间的关系,然后由理想气体状态方程即可解题,要掌握连接体问题的解题思路与方法

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