Question

（1）一定質量的非理想氣體體積膨脹對外做了4×103J功的同時，又從外界吸收了2.4×103J的熱量，則在該過程中，氣體內能的增量△U=

-1.6×10³

J，氣體的分子勢能和分子動能分別

增大

、

減小

（填“增加”“減小”或“不變”）
（2）如圖所示，一圓筒形汽缸靜止于地面上，汽缸的質量為M，活塞（連同手柄）的質量為m，汽缸內部的橫截面積為S，大氣壓強為p₀，平衡的汽缸內的容積為V．現用手握住活塞手柄緩慢向上提．設汽缸足夠長，在整個上提過程中氣體的溫度保持不變，不計汽缸內氣體的重力與活塞與汽缸壁間的摩擦，求汽缸剛提離地面時活塞上升的距離．

Answer 1

分析：（1）根據熱力學第一定律求解氣體內能的增量△U；氣體分子距離較大，分子力表現為引力，分子勢能隨著氣體體積的增大而增大，分子動能隨著溫度降低而減小．
（2）在整個上提過程中氣缸內氣體的溫度保持不變，發生等溫變化，先對活塞為研究對象，根據平衡條件求出初態時氣體的壓強，再以氣缸為研究對象，根據平衡條件求出末態氣體的壓強，即可由玻意耳定律求出汽缸剛提離地面時活塞上升的距離．

解答：解：（1）由題，W=-4×10³J，Q=2.4×10³J，根據熱力學第一定律得
△Q=W+Q=-1.6×10³J
體積膨脹，分子距離較大，分子力表現為引力，分子勢能隨著氣體體積的增大而增大．氣體內能減小，溫度降低，分子動能減小．
（2）設汽缸剛提離地面時活塞上升的距離為h．
初態：
  對活塞：p₀S+mg=p₁S，得p₁=p₀+

mg

S

末態：
  對氣缸：p₂S+Mg=p₀S，得p₂=p₀-

Mg

S

根據玻意耳定律p₁V=p₂（V+hS）
聯立解得，h=

(M+m)V

(p0S-Mg)S

g
故答案為：（1）-1.6×10³J，增大，減小；
（2）汽缸剛提離地面時活塞上升的距離為

(M+m)V

(p0S-Mg)S

g．

點評：本題是熱力學第一定律和玻意耳定律的應用．難點是根據平衡求解封閉氣體的壓強．