Question

【题目】如图所示，一个上下都与大气相通的直圆筒，内部横截面积为S=0.01m2，中间用两个活塞A和B封住一定质量的气体．A、B都可沿圆筒无摩擦地上下滑动，且不漏气．A的质量不计，B的质量为M，并与一劲度系数为k=5×103N/m的较长的弹簧相连．已知大气压p0=1×105Pa，平衡时两活塞之间的距离l0=0.6m，现用力压A，使之缓慢向下移动一段距离后保持平衡．此时用于压A的力F=500N．求活塞A下移的距离．

Answer 1

【答案】0.3 m

【解析】

试题由于A的质量可不计，初态时，封闭气体的压强等于大气压，以B为研究对象，求出弹簧的压缩量．当用力压A时，再以B为研究对象，求出弹簧的弹力，由胡克定律求出弹簧的压缩量，根据玻意耳定律求出活塞A向下移动的距离．

设活塞A向下移动l，相应B向下移动x，对气体

初态：

末态：

由玻﹣意耳定律

因为两活塞间的距离原来为，活塞A向下移动l，相应B向下移动x，则末状态时，两活塞的距离为．得：①

初态时，弹簧被压缩量为，由胡克定律：…②

当活塞A受到压力F时，活塞B的受力情况如图所示．F'为此时弹簧弹力

由平衡条件可知…③

由胡克定律有：…④

联立①②③④解得：．