题目内容

【题目】如图所示,右侧有挡板的导热气缸固定在水平地面上,气缸内部总长为 21 cm, 活塞横截面积为 10 cm2,厚度为 1cm,给活塞施加一向左的水平恒力 F=20 N,稳定时活塞封闭的气柱长度为 10 cm。大气压 强为 1.0x105 Pa,外界温度为 27℃,不计摩擦。

①若将恒力 F 方向改为水平向右,大小不变,稳定时活塞封闭气柱的长度;

②若撤去外力 F,将外界温度缓慢升高,当挡板对活塞的作用力大小为60N 时,求封闭气柱的温度。

【答案】(1)15cm (2)800K

【解析】(1)恒力F水平向左时,对活塞根据受力平衡:F+p0S=p1S
代入数据解得:p1=1.2×105pa
恒力F水平向右时,稳定时活塞受力平衡:p0S=p2S+F
代入数据解得:p2=0.8×105pa
气体发生等温变化,根据玻意耳定律有p1V1=p2V2

代入数据:1.2×105×10S=0.8×105××lS
解得:l=15cm

(2)气缸升温前温度T1=300K、气缸升温后温度为T3,升温后气柱长度L3=(2l-l)cm;

最后气柱的压强: ;体积V3=L3S

根据气体状态变化方程:

解得:T3=800K=527℃

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