Question

【题目】如图所示，横截面积为10 cm2的上端开口气缸固定在水平面上，质量不计的轻活塞a下面封闭长度为30 cm的理想气体，上面通过轻绳与质量为2 kg重物b相连，重物b放在压力传感器上，气缸和活塞a导热性能良好。开始时，外界温度为27℃，压力传感器显示16 N，现缓慢降低温度到－63℃。已知外界大气压强始终为P0=1×105Pa，重力加速度大小g=10m/s2.

（1）压力传感器示数为零时的温度；

（2）整个过程中气体克服外界作用力所做功。

Answer 1

【答案】（1）（2）3.84J

【解析】

根据当压力传感器有示数时，气体体积不变，做等容变化，当压力传感器示数为零时，气体压强不变，做等压变化，可知，本题考查气体的等容变化和等压变化，根据等容变化和等压变化的规律，结合平衡方程进行分析求解；

（1）开始时，根据平衡条件可以得到轻绳拉力为：

则气体压强为：

当，轻绳拉力，气体压强

此过程中气体做等容变化，有：，其中

解得：，即；

（2）气体从到过程，压力传感器示数始终为零，此过程中压强不变，气体做等压变化，有： 解得：

则气体克服外界做功为：。