Question

【題目】如圖所示，導熱良好的氣缸直立在水平地面上，氣缸的質量為m，高度為L，底面面積為S，用活塞把一定量的氣體封閉在氣缸內，活塞可沿氣缸壁無摩擦移動，活塞及氣體的質量可忽略不計，氣體可看作理想氣體。平衡時，活塞處于距氣缸底L處。現用力F緩慢向上拉動活塞，直至氣缸剛要離開地面，此過程中活塞未移動到氣缸口處。（環境溫度保持不變，環境氣體壓強為p0）求：

(1)氣缸剛要離開地面時，活塞距氣缸底的距離；

(2)若此過程中力F做功為W，則封閉氣體需從外界吸收多少熱量？

Answer 1

【答案】(1)；(2)

【解析】

(1)氣缸剛要離開地面時，對整體由平衡條件可知

活塞處于平衡狀態，設此時封閉氣體壓強為，有

此過程氣體做等溫變化，設此時活塞距氣缸底的距離為，由玻意爾定律則有

聯立各式，解得

(2)此過程中力F對活塞做正功，封閉氣體對活塞做功為，有

由于封閉氣體溫度不變，所以其內能保持不變，即

由熱力學第一定律知，封閉氣體對活塞所做的功等于其吸收的熱量，有

解得