Question

（1）一定质量的非理想气体体积膨胀对外做了4×103J功的同时，又从外界吸收了2.4×103J的热量，则在该过程中，气体内能的增量△U=______J，气体的分子势能和分子动能分别______、______（填“增加”“减小”或“不变”）
（2）如图所示，一圆筒形汽缸静止于地面上，汽缸的质量为M，活塞（连同手柄）的质量为m，汽缸内部的横截面积为S，大气压强为p，平衡的汽缸内的容积为V．现用手握住活塞手柄缓慢向上提．设汽缸足够长，在整个上提过程中气体的温度保持不变，不计汽缸内气体的重力与活塞与汽缸壁间的摩擦，求汽缸刚提离地面时活塞上升的距离．

Answer 1

【答案】分析：（1）根据热力学第一定律求解气体内能的增量△U；气体分子距离较大，分子力表现为引力，分子势能随着气体体积的增大而增大，分子动能随着温度降低而减小．
（2）在整个上提过程中气缸内气体的温度保持不变，发生等温变化，先对活塞为研究对象，根据平衡条件求出初态时气体的压强，再以气缸为研究对象，根据平衡条件求出末态气体的压强，即可由玻意耳定律求出汽缸刚提离地面时活塞上升的距离．
解答：解：（1）由题，W=-4×10³J，Q=2.4×10³J，根据热力学第一定律得
△Q=W+Q=-1.6×10³J
体积膨胀，分子距离较大，分子力表现为引力，分子势能随着气体体积的增大而增大．气体内能减小，温度降低，分子动能减小．
（2）设汽缸刚提离地面时活塞上升的距离为h．
初态：
  对活塞：pS+mg=p₁S，得p₁=p+
末态：
  对气缸：p₂S+Mg=pS，得p₂=p-
根据玻意耳定律p₁V=p₂（V+hS）
联立解得，h=g
故答案为：（1）-1.6×10³J，增大，减小；
（2）汽缸刚提离地面时活塞上升的距离为g．
点评：本题是热力学第一定律和玻意耳定律的应用．难点是根据平衡求解封闭气体的压强．