Question

6．如圖所示，導(dǎo)熱性能良好的氣缸放置在水平平臺(tái)上，活塞質(zhì)量為10kg，橫截面積50cm²，厚度不計(jì)．當(dāng)環(huán)境溫度為27℃時(shí)，活塞封閉的氣柱長(zhǎng)10cm．若將氣缸倒過(guò)來(lái)放置，活塞下方的空氣能通過(guò)平臺(tái)上的缺口與大氣相通．g取10m/s²，不計(jì)活塞與氣缸之間的摩擦，大氣壓強(qiáng)為P=1×10⁵Pa，氣缸足夠長(zhǎng)．
①將氣缸倒過(guò)來(lái)放置并穩(wěn)定后，求此時(shí)氣柱的長(zhǎng)度；
②分析說(shuō)明上述過(guò)程氣體壓強(qiáng)變化的微觀原因．

Answer 1

分析 ①氣缸內(nèi)封閉氣體發(fā)生等溫變化，由力學(xué)方法求出壓強(qiáng)，再由玻意耳定律可以求出氣柱的長(zhǎng)度；
②從分子動(dòng)理論的觀點(diǎn)來(lái)看，氣體的壓強(qiáng)就是大量氣體分子作用在器壁單位面積上的平均作用力；氣體壓強(qiáng)由氣體分子的數(shù)密度和平均動(dòng)能決定．

解答 解：①開(kāi)口向上時(shí)：
封閉氣體的壓強(qiáng)為 P₁=P₀+$\frac{mg}{S}$=1.2×10⁵Pa，體積為 V₁=S×$\frac{1}{2}$
開(kāi)口向下時(shí)：
封閉氣體的壓強(qiáng)為 P₂=P₀-$\frac{mg}{S}$=0.8×105Pa，體積為 V₂=Sl′
氣體作等溫變化，根據(jù)P₁V₁=P₂V₂
得 1.2×10⁵×S×0.1=0.8×10⁵×S×l′
解得 l′=0.15m=15cm
②溫度不變，熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不變，體積增加，故分子的數(shù)密度減小，故氣壓減小；
答：①將氣缸倒過(guò)來(lái)放置并穩(wěn)定后，此時(shí)氣柱的長(zhǎng)度為15cm；
②溫度不變，熱運(yùn)動(dòng)的平均動(dòng)能不變，體積增加，故分子的數(shù)密度減小，故氣壓減小．

點(diǎn)評(píng) 第一問(wèn)應(yīng)用玻意耳定律求解，關(guān)鍵是求出各狀態(tài)的氣體壓強(qiáng)；第二問(wèn)關(guān)鍵是關(guān)鍵是明確氣體壓強(qiáng)的微觀意義．