Question

如圖5-2-9所示,密閉絕熱容器內(nèi)有一絕熱的具有一定質(zhì)量的活塞,活塞的上部封閉著氣體,下部為真空,活塞與器壁間的摩擦忽略不計(jì).置于真空中的輕彈簧一端固定于容器的底部,另一端固定在活塞上,彈簧被壓縮后用繩扎緊,此時(shí)彈簧的彈性勢(shì)能為E_p(彈簧處在自然長(zhǎng)度時(shí)的彈性勢(shì)能為零).現(xiàn)繩突然斷開,彈簧推動(dòng)活塞向上運(yùn)動(dòng),經(jīng)過(guò)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止,氣體達(dá)到平衡狀態(tài).經(jīng)過(guò)此過(guò)程（    ）

圖5-2-9

A.E_p全部轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能

B.E_p一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能

C.E_p全部轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能和氣體的內(nèi)能

D.E_p一部分轉(zhuǎn)換成活塞的重力勢(shì)能,一部分轉(zhuǎn)換為氣體的內(nèi)能,其余部分仍為彈簧的彈性勢(shì)能

Answer 1

D

解析:

當(dāng)繩子突然斷開時(shí),活塞受彈簧的彈力F、活塞的重力G、封閉氣體對(duì)活塞向下的壓力F′的共同作用,如圖所示,其合力向上,經(jīng)多次往復(fù)運(yùn)動(dòng)后活塞靜止時(shí),活塞處于三力平衡狀態(tài),氣體體積必減小,外力對(duì)氣體做正功,由于絕熱,所做的功全部轉(zhuǎn)化為氣體的內(nèi)能,氣體的內(nèi)能增加,而活塞最終的靜止位置比初始位置高,其重力勢(shì)能增加,最終彈力與另外兩個(gè)力的合力平衡,彈簧仍有形變.設(shè)最終彈簧的彈性勢(shì)能為E_p′,由能量守恒定律得E_p=E_p′+活塞增加的重力勢(shì)能+氣體增加的內(nèi)能,所以D選項(xiàng)正確.