Question

在如圖所示的導熱良好的汽缸中封閉著一定質量的常溫理想氣體，活塞與重物的質量均為m=10kg，光滑活塞的橫截面積S=100cm²，重物和活塞處于平衡狀態，此時活塞距離氣缸底部h₁=11cm．已知大氣壓強P₀=1.0×10⁵pa，如果將重物緩慢移走．（氣缸足夠大，環境溫度保持不變，g取10m/s²）
①求活塞穩定后到氣缸底部的距離；
②判斷此過程中氣體吸放熱的情況并說明理由．

Answer 1

①以活塞與重物組成的系統為研究對象，由平衡條件得：2mg+p₀S=p₁S，
解得：p₁=1.2×10⁵Pa，
以活塞為研究對象，由平衡條件得：mg+p₀S=p₂S，
解得：p₂=1.1×10⁵Pa，
對封閉氣體，由玻意耳定律得：p₁h₁S=p₂h₂S，
即：1.2×10⁵×11=1.1×10⁵×h₂，
解得：h₂=12cm；
②氣體發生等溫變化，氣體內能不變，△U=0，
氣體體積變大，氣體對外做功，W＜0，
由熱力學第一定律得：△U=W+Q，Q=△U-W=-W＞0，
氣體從外界吸收熱量；
答：①活塞穩定后到氣缸底部的距離12cm；
②此過程中，氣體體積變大，對外做功，氣體內能不變，氣體吸收熱量．