Question

【题目】如图所示，导热性能良好的气缸内用活塞封闭一定质量的理想气体，活塞用轻弹簧与缸底相连，当气缸如图甲水平放置时，弹簧伸长了x0=2cm，活塞到缸底的距离为L0=4cm，将气缸缓慢转到竖直位置，开口向上，如图乙所示，这时活塞刚好向缸底移动了x0的距离。已知环境温度不变，活塞的横截面积为S=1，活塞与气缸壁的摩擦不计，且气密性良好，活塞的质量为m=2kg，重力加速度为g=10，大气压强为P0=1×Pa，求：

（1）弹簧的劲度系数的大小；

（2）若从甲图到乙图的过程中，气体放出的热量为Q=5.6J，活塞的重力对气体做的功为W=0.4J，则弹簧开始具有的弹性势能为多少？

Answer 1

【答案】（1）；（2）5J。

【解析】

（1）气缸水平放置时，缸内气体的压强为：

当气缸竖直放置时，缸内气体的压强为：

根据玻意耳定律有：

求得：

代入数据解得：

；

（2）从甲图到乙图的过程中，气体的温度始终不变，因此气体的内能不变，根据热力学第一定律可知：

求得：

代入数据解得：

。