Question

11．如图所示，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21cm，气缸质量20kg，大气压强为1×10⁵Pa，当温度为7℃时，活塞封闭的气柱长10cm，若保持温度不变将气缸倒过来放置时，活塞下方的空气能通过平台上的缺口与大气相通．g取10m/s²．求：
（1）气柱多长？
（2）从微观角度解释气体压强变化的原因．

Answer 1

分析 （1）气体发生等温变化，由玻意耳定律可以求出空气柱的长度；
（2）应用分子动理论分析答题．

解答 解（1）开始封闭气体的压强p₁=p₀+$\frac{mg}{S}$=1×10⁵+$\frac{10×10}{50×1{0}^{-4}}$=1.2×10⁵Pa，
气缸倒过来后，气体的压强p₂=p₀-$\frac{mg}{S}$=1×10⁵-$\frac{10×10}{50×1{0}^{-4}}$=0.8×10⁵Pa，
气体发生等温变化，由玻意耳定律得：p₁L₁S=p₂L₂S，
解得：L₂=15cm；
（2）气缸倒置后，气体体积变大，分子数密度减小，单位时间内与器壁碰撞的分子数减少，
气体温度不变，分子平均动能不变，分子撞击器壁时的作用力不变，器壁单位面积受到的压力减小，气体压强减小．
答：（1）气柱长度为15cm．
（2）如上所述．

点评 应用玻意耳定律与分子动理论即可正确解题，本题的解题关键是求出各状态的气体压强；要会应用分子动理论解释气体变化现象．