Question

4．如圖所示，上端開(kāi)口的光滑圓柱形氣缸豎直放置，截面積為80cm²的活塞將一定質(zhì)量的氣體和一形狀不規(guī)則的固體A封閉在氣缸內(nèi)，在氣缸內(nèi)距缸底60cm處設(shè)有a、b兩限制裝置，使活塞只能向上滑動(dòng)．開(kāi)始時(shí)活塞擱在a、b上，缸內(nèi)氣體的壓強(qiáng)為P₀（P₀=1.0×10⁵ Pa為大氣壓強(qiáng)），溫度為300K．現(xiàn)緩慢加熱汽缸內(nèi)氣體，當(dāng)溫度為330K，活塞恰好離開(kāi)a、b；當(dāng)溫度為360K時(shí)，活塞上升了4cm．取g=10m/s²求：活塞的質(zhì)量以及物體A的體積．

Answer 1

分析 先寫出已知條件，根據(jù)等容變化的公式和對(duì)活塞受力平衡可以求活塞的質(zhì)量；由等壓變化公式可以求出物體A的體積．

解答 解：設(shè)物體A的體積為△V，氣體的狀態(tài)參量為：
T₁=300K，P₁=P₀=1.0×10⁵ Pa，V₁=80×60-△V；
T₂=330K，P₂=P₀+$\frac{mg}{S}$=1.0×10⁵ Pa+$\frac{mg}{S}$，V₂=V₁；
T₃=360K，p₃=p₂，V₃=80×（60+4）-△V．
氣體從狀態(tài)1到狀態(tài)2為等容過(guò)程，由查理定律得：
$\frac{{p}_{1}}{{T}_{1}}$=$\frac{{p}_{2}}{{T}_{2}}$，即：$\frac{1×1{0}^{5}}{300}$=$\frac{1×1{0}^{5}+\frac{m×10}{80×1{0}^{-4}}}{330}$，
解得：m=8kg；
氣體從狀態(tài)2到狀態(tài)3為等壓過(guò)程，由蓋呂薩克定律得：
$\frac{{V}_{2}}{{T}_{2}}$=$\frac{{V}_{3}}{{T}_{3}}$，即：$\frac{80×60-△V}{330}$=$\frac{80×64-△V}{360}$，
解得：△V=1280cm³．
答：活塞的質(zhì)量是8kg，物體A的體積1280cm³．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了求活塞質(zhì)量與物體的體積問(wèn)題，分析清楚氣體狀態(tài)變化過(guò)程、求出氣體狀態(tài)參量是解題的前提與關(guān)鍵，應(yīng)用查理定律與蓋呂薩克定律可以解題．