Question

16．如圖，氣缸固定于水平面，用截面積為20cm²的活塞封閉一定量的氣體，活塞與缸壁間摩擦不計(jì)．當(dāng)大氣壓強(qiáng)為1.0×10⁵Pa、氣體溫度為87℃時(shí)，活塞在大小為40N、方向向左的力F作用下保持靜止，氣體壓強(qiáng)為1.2×10⁵Pa．若保持話塞不動(dòng)，將氣體溫度降至27℃，則F變?yōu)?N．

Answer 1

分析 根據(jù)活塞的受力平衡即可求出氣體壓強(qiáng)；保持話塞不動(dòng)，所以為等容變化，根據(jù)查理定律即可求出末狀態(tài)被封閉氣體的壓強(qiáng)，再次利用活塞的受力平衡，即可求出末狀態(tài)時(shí)外力F的大�。�

解答 解：設(shè)大氣壓強(qiáng)為P₀=1.0×10⁵Pa，被封閉氣體的壓強(qiáng)為P₁，橫截面積為S=20cm²=2.0×10^-3m²，
活塞保持靜止，活塞受力平衡，則：P₁S=P₀S+F
解得：P₁=$\frac{{P}_{0}S+F}{S}$=$\frac{1.0×1{0}^{5}×2.0×1{0}^{-3}+40}{2.0×1{0}^{-3}}$Pa=1.2×10⁵Pa
保持話塞不動(dòng)，故為等容變化，
初態(tài)壓強(qiáng)：P₁=1.2×10⁵Pa
初態(tài)溫度：T₁=（87+273）K=360K
末態(tài)壓強(qiáng)：P₂
末態(tài)溫度：T₂=（27+273）K=300K
根據(jù)查理定律可得：$\frac{{P}_{1}}{{T}_{1}}$=$\frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}$
解得：P₂=1.0×10⁵Pa
根據(jù)平衡可得：P₂S=P₀S+F
解得：F=0N
故答案為：1.2×10⁵，0

點(diǎn)評(píng) 本題考查理想氣體的狀態(tài)方程，要熟悉理想氣體等溫變化，用玻意耳定律；理想氣體等容變化，用查理定律；理想氣體等壓變化，用蓋•呂薩克定律；在求解被封閉氣體壓強(qiáng)時(shí)，往往結(jié)合力學(xué)知識(shí)進(jìn)行求解，注意將力學(xué)知識(shí)和熱學(xué)知識(shí)的聯(lián)系，加強(qiáng)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用．