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圆柱形气缸筒长2l,截面积为S,缸内有活塞,活塞可以沿缸壁无摩擦不漏气的滑动,气缸置于水平面上,缸筒内有压强为p0,温度为T0的理想气体,气体体积恰好占缸筒容积的一半
题目详情
圆柱形气缸筒长2l,截面积为S,缸内有活塞,活塞可以沿缸壁无摩擦不漏气的滑动,气缸置于水平面上,缸筒内有压强为p 0 ,温度为T 0 的理想气体,气体体积恰好占缸筒容积的一半,如图所示。此时大气压也是p 0 ,弹簧的劲度系数为k,气缸与地面的最大静摩擦力为f,求:
(1)当kl<f,对气缸缓慢加热到活塞移至缸筒口时,气缸内气体温度是多少?
(2)当kl>f,对气缸缓慢加热到活塞移至缸筒口时,气缸内气体的温度又是多少?
(1)当kl<f,对气缸缓慢加热到活塞移至缸筒口时,气缸内气体温度是多少?
(2)当kl>f,对气缸缓慢加热到活塞移至缸筒口时,气缸内气体的温度又是多少?
▼优质解答
答案和解析
见解析
【错解分析】错(1)以整体为对象。∵kl<f,所以在活塞移至缸口时(此时弹簧弹力为kl),系统始终静止。以活塞为对象,末态受力如图所示。由平衡条件可知:p2S=p0S+kl以气体为对象,p1=p0 V1=ls T1=T0 由理想气体状态方程:解得(2)当kl>f时,气缸要滑动解法一:与(1)解法类似对活塞受力分析如图所示其余解法与(1)相同,答案也与(1)相同,说明两种情况没有区别。解法二:以活塞为对象受力分析如图p2S+f=kl+p0S对气体应用气态方程有解得
【错解原因】此题第一问解法及答案均正确。错误主要发生在第二问:(1)没有详细地分析kl>f情况下气缸,活塞的运动,而是套用了第一问解题的思路,分不清kl<f与kl>f在此题中的本质区别。(2)解法2对活塞受力分析出现了气缸受力f,导致错误。
【正解】第一问如上所述,略。第二问,当kl>f,就意味着弹簧压缩到一定程度,设压缩量为x,即kx=f处,就不继续压缩,这之后,气缸开始滑动,而气体则做等压升温膨胀。气体的变化可以分为三种状态两个过程,如图8所示。第一个过程:甲态→乙态,p,V,T都变。在乙态对活塞受力分析可确定此时气体的压强为:而丙态的压强与乙态相同, 其中第二个过程:从甲态→丙态应用气态方程代入数据解得
【错解分析】错(1)以整体为对象。∵kl<f,所以在活塞移至缸口时(此时弹簧弹力为kl),系统始终静止。以活塞为对象,末态受力如图所示。由平衡条件可知:p2S=p0S+kl以气体为对象,p1=p0 V1=ls T1=T0 由理想气体状态方程:解得(2)当kl>f时,气缸要滑动解法一:与(1)解法类似对活塞受力分析如图所示其余解法与(1)相同,答案也与(1)相同,说明两种情况没有区别。解法二:以活塞为对象受力分析如图p2S+f=kl+p0S对气体应用气态方程有解得
【错解原因】此题第一问解法及答案均正确。错误主要发生在第二问:(1)没有详细地分析kl>f情况下气缸,活塞的运动,而是套用了第一问解题的思路,分不清kl<f与kl>f在此题中的本质区别。(2)解法2对活塞受力分析出现了气缸受力f,导致错误。
【正解】第一问如上所述,略。第二问,当kl>f,就意味着弹簧压缩到一定程度,设压缩量为x,即kx=f处,就不继续压缩,这之后,气缸开始滑动,而气体则做等压升温膨胀。气体的变化可以分为三种状态两个过程,如图8所示。第一个过程:甲态→乙态,p,V,T都变。在乙态对活塞受力分析可确定此时气体的压强为:而丙态的压强与乙态相同, 其中第二个过程:从甲态→丙态应用气态方程代入数据解得
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