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质量一定的理想气体,被截面积为S的活塞封闭在圆柱形金属气缸内,气缸竖直放在水平地面上,活塞与气缸底部之间用一轻弹簧连接,活塞所受重力为G,活塞与气缸壁无摩擦且不漏气,如图所示.当大气压强为1.0×Pa,气体温度为27℃时,气缸内气体压强为1.2×Pa,此时弹簧恰好为原长.现将一个物重为3G的物体轻放在活塞上,待稳定后,活塞下降了/4,温度保持不变,然后再对气体缓慢加热,使活塞上升到离气缸底部处停止加热.在整个过程中弹簧始终处于弹性限度内.

 (1)试导出S与G的关系式;

(2)试导出弹簧的劲度系数k与活塞G、弹簧原长间的关系式;

(3)求停止加热时气缸内气体的温度.

答案

   (1)


解析:

(1)设活塞面积为S,根据活塞受力平衡条件可得活塞上放重物前气体的压强为

(2)放重物后气体压强为

,由玻马定律

,得

(3)已知气体加热前温度=(273+27)=300 K.

将气体加热后,由活塞受力平衡条件可知气体压强:

气体体积

由理想气体状态方程得最终气

体温度=625 K.

     

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