Question

如图1所示，导热性能良好的气缸放置在水平平台上，活塞质量为10kg，横截面积50cm2，厚度1cm，气缸全长25c

如图1所示，导热性能良好的气缸放置在水平平台上，活塞质量为10kg，横截面积50cm2，厚度1cm，气缸全长25cm，气缸质量20kg，大气压强为1×105Pa，当温度为17℃时，活塞封闭的气柱长10cm．现在用一条细绳一端连接在活塞上，另一端通过两个光滑的定滑轮后连接在一个小桶上，如图2所示．开始时活塞静止．现不断向小桶中添加细沙，使活塞缓慢向上移动（g取l0m/s2）①通过计算判断气缸能否离开台面．②活塞缓慢向上移动过程中，气缸内气体是______（填“吸热”或放热“），气体的内能______（填“增加”或“减少”或“不变”）

Answer 1

①开始时气缸内气体的压强为：
p₁=p₀+

m1g

s

=1×10⁵Pa+

10×10

50×10?4

Pa=1.2×10⁵Pa，
假设活塞没有离开气缸，当气缸恰好离开台面时气缸内气体的压强为：
p₂=p₀-

m2g

s

=1×10⁵Pa-

20×10

50×10?4

Pa=0.6×10⁵Pa，
设此时气柱的长度为L₂，1→2气体发生等温变化，由玻意耳定律得：
p₁L₁S=p₂L₂S，
解得：L₂=20cm；
由于L₂=20cm＜25cm，所以气缸可以离开台面．
②活塞缓慢向上移动过程中，温度不变，气缸内气体的内能不变，气体对外做功，根据热力学第一定律可知气体要吸热．
故答案为：①气缸可以离开台面；②吸热，不变