Question

16．如圖所示，圓柱形氣缸倒置在水平粗糙地面上，內(nèi)封一定質(zhì)量的空氣，氣缸質(zhì)量為M=10kg，活塞質(zhì)量為m=5kg，截面積為S=20cm²，活塞與缸壁的摩擦不計(jì)，缸壁厚度不計(jì)．當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度為t₁=27℃時(shí)，活塞剛好與地面相接觸，但對(duì)地面無壓力．現(xiàn)使缸內(nèi)氣體溫度緩慢升高，當(dāng)氣缸（不含活塞）恰好對(duì)地面無壓力時(shí)，求缸內(nèi)氣體的溫度．大氣壓強(qiáng)為Po=1.0×10⁵Pa，重力加速度g=10m/s²．

Answer 1

分析 抓住題目中的突破口“當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度為27⁰C時(shí)，活塞剛好與地面相接觸，但對(duì)地面無壓力”，以活塞為研究對(duì)象，受力分析，利用平衡即可求出此時(shí)封閉氣體的壓強(qiáng)；
現(xiàn)使缸內(nèi)氣體溫度升高，當(dāng)氣缸恰對(duì)地面無壓力時(shí)，以氣缸為研究對(duì)象，可求出升溫后封閉氣體的壓強(qiáng)，然后一封閉氣體為研究對(duì)象，等容變化，利用查理定律就可求出氣體溫度．

解答 解：（1）T₁=273+27=300 K…①
開始時(shí)活塞對(duì)地面無壓力對(duì)活塞：P₁S+mg=P₀S
即：${P}_{1}={P}_{0}-\frac{mg}{S}$…②
當(dāng)溫度升為T₂時(shí)氣缸對(duì)地面無壓力，
對(duì)氣缸：P₂S=P₀S+Mg           
即：P₂=${P}_{0}+\frac{Mg}{S}$…③
對(duì)缸內(nèi)氣體：等容變化，由查理定律得：$\frac{{P}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}$…④
①②③④聯(lián)立求解得：T₂=600K 
答：缸內(nèi)氣體的溫度為600K．

點(diǎn)評(píng) 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．