Question

如圖所示，氣缸放置在水平臺上，活塞質量為5kg，截面積為25cm²，厚度不計，氣缸全長25cm，大氣壓強為1×10⁵pa，當溫度為27℃時，活塞封閉的氣柱長10cm，若保持氣體溫度不變，將氣缸緩慢豎起倒置．g取l0m/s²．   
（1）氣缸倒置過程中，下列說法正確的是______
A．單位時間內氣缸單位面積上氣體分子撞擊次數增多
B．單位時間內氣缸單位面積上氣體分子撞擊次數減少
C．吸收熱量，對外做功
D．外界氣體對缸內氣體做功，放出熱量
（2）求氣缸倒置后氣柱長度；
（3）氣缸倒置后，溫度升至多高時，活塞剛好接觸平臺（活塞摩擦不計）？

Answer 1

【答案】分析：（1）氣缸倒置過程中氣體的壓強減小，體積變大，由此可分析氣體的狀態的變化和內能的變化；
（2）氣體做的是等溫變化，根據氣體的狀態方程可以求得氣體的長度；
（3）氣體做的是等壓變化，根據氣體的狀態方程可以求得氣體的溫度大小．
解答：解：（1）AB、氣缸倒置，氣體的壓強減小，體積變大，分子的密度減小，單位時間內氣缸單位面積上氣體分子撞擊次數減少，所以B正確，A錯誤；
CD、氣體的體積變大，對外做功，由于變化過程中，氣體的溫度不變，內能不變，根據熱力學第一定律可知，氣體要吸熱，所以C正確，D錯誤．
（2）對于封閉的氣體，氣缸倒置的過程是等溫變化：
P₁=P_o+=1.2×10⁵Pa
P₂=Po-=0.8×10⁵Pa，
P₁L₁=P₂L₂
解得L₂=15cm
（3）活塞剛好接觸平臺時，氣體做的是等壓變化：
T₂=（273+27）K=300K     L₂=15cm，
L₃=25cm
根據氣體狀態方程 =，
可得 T₃=T₂=T₂=500K
即溫度為 t=227℃
答：（1）BC
（2）氣缸倒置后氣柱長度為15cm；
（3）氣缸倒置后，溫度升至227℃時，活塞剛好接觸平臺．
點評：根據氣體的兩次變化的過程，找出氣體的狀態參量，分別列示計算即可，難度不大．