Question

【题目】如图所示，一个高为H＝60 cm，横截面积S＝10 cm2的圆柱形竖直放置的导热汽缸，开始活塞在汽缸最上方，将一定质量的理想气体封闭在汽缸内，现在活塞上轻放一个质量为5 kg的重物，待整个系统稳定后，测得活塞与汽缸底部距离变为h.已知外界大气压强始终为p0＝1×105 Pa，不计活塞质量及其与汽缸之间的摩擦，取g＝10 m/s2.求：

(1)在此过程中被封闭气体与外界交换的热量；

(2)若开始环境温度为27 ℃，现将汽缸开口朝上整体竖直放在87 ℃的热水系统中，则稳定后活塞与汽缸底部距离变为多少？

Answer 1

【答案】(1)30J（2）0.48m

【解析】

(1)封闭气体发生等温变化，气体初状态的压强为p1＝p0＝1.0×105Pa，

气体末状态的压强为

根据玻意耳定律得p1HS＝p2hS

得:h＝0.40m

外界对气体做功W＝(p0S＋mg)(H－h)

根据热力学第一定律得ΔU＝W＋Q＝0

解得:Q＝-30J，即放出30J热量.

(2)气体发生等压变化，得:

代入数据可得h1＝0.48m.