Question

20．如圖1所示，在一個配有活塞的厚壁玻璃筒中放一小團硝化棉，圖中的裝置其實就是小型的熱機，當活塞快速壓縮玻璃筒內的空氣后，對筒內空氣做了功，空氣的內能增加，溫度升高，棉花燃燒起來．松手后活塞會“反彈”，并從A位置向上運動到B位置，玻璃筒內高溫高壓的氣體提供的壓力對活塞做了功，

（1）你判斷的依據是氣體對活塞有力的作用，且活塞在力的方向上移動了距離．
（2）以圓點代替圖中的活塞，作出活塞的受到向上的壓力F示意圖及移動的距離s．
（3）四沖程汽油機工作過程中的其中一個沖程與上述能量轉化過程相同，該沖程即是圖2中的丙 圖．

Answer 1

分析 （1）改變內能的方式有兩種，即做功和熱傳遞；對物體做功，物體的內能會增加，物體對外做功，其內能會減小；
（2）用一條帶箭頭的線段表示力，線段的起點或終點表示力的作用點，箭頭表示力的方向，線段的長短表示力的大小；活塞移動的距離s即AB間的距離；
（3）四沖程汽油機一個工作循環有四個沖程，分別是吸氣、做功、壓縮和排氣，其中只有做功沖程對外做功，將內能轉化為機械能；另外還有壓縮沖程有能量轉化，將機械能轉化為內能．

解答 解：
（1）棉花燃燒時，玻璃筒內空氣的內能增加，溫度升高，活塞從A位置向上運動到B位置，玻璃筒內高溫高壓的氣體提供的壓力對活塞做了功，判斷的依據是氣體對活塞有力的作用，且活塞在力的方向上移動了距離；與內燃機的做功沖程相類似；
（2）因為燃氣對活塞的壓力向上，所以過重心作豎直向上力即可，活塞移動的距離s即AB間的距離；如圖所示：

（3）活塞上升過程中，燃氣的內能轉化為活塞的機械能，與內燃機的做功沖程相類似；
甲圖中，兩氣門都關閉，活塞上行，汽缸容積變小，是壓縮沖程；
乙圖中，排氣門開啟，活塞上行，氣體流出汽缸，是排氣沖程；
丙圖中，兩氣門都關閉，活塞下行，汽缸容積變大，是做功沖程，故丙符合題意；
丁圖中，進氣門開啟，活塞下行，氣體流入汽缸，是吸氣沖程．
故答案為：（1）氣體對活塞有力的作用，且活塞在力的方向上移動了距離；（2）見上圖；（3）丙．

點評 知道做功可以改變物體的內能，并能準確判斷其能量的轉化過程是解決該題的關鍵．