Question

【題目】如圖所示，一個(gè)長(zhǎng)方形氣缸放置于水平地面上，左右側(cè)壁光滑且絕熱，底面面積為S=20cm2且導(dǎo)熱良好，質(zhì)量為m=2kg且絕熱的活塞下方封閉了一定量的理想氣體，穩(wěn)定時(shí)氣柱長(zhǎng)度為h=20cm。現(xiàn)在在活塞上放一個(gè)物塊(未畫(huà)出)，待系統(tǒng)再次穩(wěn)定后，活塞下方的氣柱長(zhǎng)度變?yōu)?/span>h′=10cm，已知大氣壓強(qiáng)始終為p0=1×105Pa，重力加速度g=10m/s2，一切摩擦阻力不計(jì)、氣密性良好且外界環(huán)境溫度保持不變。求：

(1)活塞上所放物塊的質(zhì)量M；

(2)第一次穩(wěn)定到第二次穩(wěn)定過(guò)程中從底部發(fā)生熱交換的情況。

Answer 1

【答案】（1）22kg（2）44J

【解析】

(1)初態(tài)對(duì)活塞由平衡知識(shí)可知：

放上物塊再次穩(wěn)定后：

此時(shí)對(duì)活塞：

解得：

(2)對(duì)活塞的全過(guò)程由動(dòng)能定理：

活塞隊(duì)氣體做功-W，根據(jù)熱力學(xué)第一定律：

其中從底部熱交換耗散于外界環(huán)境的熱量為Q，聯(lián)立解得：