Question

【題目】在大氣中有一水平放置的固定圓筒，它由a、b和c三個粗細不同的部分連接而成，各部分的橫截面積分別為2S、S和S，己知大氣壓強為p0，溫度為T0，兩活塞A和B用—根長為4L的不可伸長的輕桿相連，把溫度為T0的空氣密封在兩活塞之間，此時兩活塞的位置如圖所示．現對被密封的氣體加熱，其溫度緩慢上升到T，若活塞與圓筒壁之間的摩擦可忽略，此時兩活塞之間氣體的壓強為多少？

Answer 1

【答案】若T≤T0，p＝p0；若T＞T0，p′＝p0

【解析】試題分析：加熱前，AB活塞處于平衡狀態，由平衡方程可得內部氣體壓強和輕繩的張力。加熱后由于沒有摩擦，兩活塞一起向左緩慢移動，氣體體積增大，壓強保持不變，若持續加熱，此過程會一直持續到活塞向左移動的距離等于為止，此時B被擋住，活塞不能繼續移動；根據蓋-呂薩克定律可得此時被封閉氣體的溫度，以此溫度為分界，進行討論可得結果。

設加熱前，被密封氣體的壓強為，輕線的張力為f．因而活塞處在靜止狀態

對A活塞有：，對B活塞有：

聯立得： ，f=0

即被密封氣體的壓強與大氣壓強相等，細線處在拉直的松馳狀態．

這時氣體的體積

對氣體加熱時，被密封氣體溫度緩慢升高，兩活塞一起向左緩慢移動，氣體體積增大，壓強保持不變，若持續加熱，此過程會一直持續到活塞向左移動的距離等于為止

這時氣體體積

設此時氣體的溫度為，由蓋-呂薩克定律得：，解得：

由此可知，當時，氣體的壓強為：

當時，活塞已無法移動，被密封氣體的體積保持不變

由查理定律得：，解得：

即當時，氣體的壓強為