Question

6．如圖所示，一氣缸豎直放在水平地面上，缸體質(zhì)量M=10Kg，活塞質(zhì)量m=4kg，活塞橫截面積S=2×10^-3m²．活塞上面的氣缸里封閉了一定質(zhì)量的理想氣體，下面有氣孔O與外界相通，大氣壓強(qiáng)P₀=1.0×10⁵Pa．活塞下面與勁度系數(shù)k=2×10³N/m、原長(zhǎng)l₀=40cm的輕彈簧相連．當(dāng)氣缸內(nèi)氣體溫度為t₁=127℃時(shí)彈簧為自然長(zhǎng)度，此時(shí)缸內(nèi)氣柱長(zhǎng)度L₁=20cm，g取10m/s²，活塞不漏氣且與缸壁無(wú)摩擦．
（1）當(dāng)缸內(nèi)氣柱長(zhǎng)度L₂=24cm時(shí)，缸內(nèi)氣體溫度為多少？
（2）請(qǐng)用分子動(dòng)理論知識(shí)解釋溫度的變化原因．

Answer 1

分析 （1）列出初末狀態(tài)參量，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程求末態(tài)溫度
（2）當(dāng)缸內(nèi)氣柱長(zhǎng)度變長(zhǎng)時(shí)，氣體體積變大，分子密集程度變小，在這種情況下溫度升高，分子的平均動(dòng)能變大，氣體的壓強(qiáng)就變大

解答 解：①初狀態(tài)：${V}_{1}^{\;}=20S$                          ${p}_{1}^{\;}={p}_{0}^{\;}-\frac{mg}{S}=0.8×1{0}_{\;}^{5}{p}_{a}^{\;}$                  ${T}_{1}^{\;}=400K$
末狀態(tài)：${V}_{2}^{\;}=24S$                                    ${p}_{2}^{\;}={p}_{0}^{\;}+\frac{F-mg}{S}=1.2×1{0}_{\;}^{5}{p}_{a}^{\;}$
根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，$\frac{{p}_{1}^{\;}{V}_{1}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}=\frac{{p}_{2}^{\;}{V}_{2}^{\;}}{{T}_{2}^{\;}}$
得：${T}_{2}^{\;}=720K$
②當(dāng)缸內(nèi)氣柱長(zhǎng)度變長(zhǎng)時(shí)，氣體體積變大，分子密集程度變小，在這種情況下溫度升高，分子的平均動(dòng)能變大，氣體的壓強(qiáng)就變大．
答：（1）當(dāng)缸內(nèi)氣柱長(zhǎng)度L₂=24cm時(shí)，缸內(nèi)氣體溫度為720K
（2）用分子動(dòng)理論知識(shí)解釋溫度的變化原因：當(dāng)缸內(nèi)氣柱長(zhǎng)度變長(zhǎng)時(shí)，氣體體積變大，分子密集程度變小，在這種情況下溫度升高，分子的平均動(dòng)能變大，氣體的壓強(qiáng)就變大

點(diǎn)評(píng) 本題考查了求氣體的溫度、氣缸上升的高度，根據(jù)題意求出氣體的狀態(tài)參量、應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程即可正確解題．