计算题68 理想气体状态方程 活塞问题

如图所示,气缸呈圆柱形,上部有挡板,内部高度为h,筒内一个很薄的质量不计的活塞封闭一定量的理想气体,开始时活塞处于离底部2h/3的高度,外界大气压强为pc=1.0×105Pa,温度为27℃,现对气体加热,求:
(1)当活塞刚好到达汽缸口时,气体的温度;
(2)气体温度达到267℃时,气体的压强.
http://s13/mw690/006zfS98zy7bGSwbutC8c&690理想气体状态方程
分析:
(2)求出气体的状态参量,应用理想气体状态方程求出气体的压强.
解答:
http://s11/mw690/006zfS98zy7bGSACvISaa&690理想气体状态方程
解得:p3=1.2×105Pa;
答:(1)当活塞刚好到达汽缸口时,气体的温度为450K;
(2)气体温度达到267℃时,气体的压强为1.2×105Pa.
补充:活塞类问题的解法
(1)分析题意,确定对象:热学研究对象(一定质量的气体);力学研究对象(活塞、缸体或系统)。
(2)分析物理过程,对热学对象依据气体实验定律列方程;对力学对象依据牛顿运动定律列方程。
(3)挖掘隐含条件,列辅助方程。
(4)联立求解,检验结果。
2.常见类型
(1)系统处于力学的平衡状态,综合利用气体实验定律和平衡方程求解。
(2)系统处于力学的非平衡状态,综合利用气体实验定律和牛顿运动定律求解。
(3)容器与封闭气体相互作用满足守恒定律的条件(如动量守恒、能量守恒、质量守恒等)时,可联立相应的守恒方程求解。
(4)多个相互关联的气缸分别密闭几部分气体时,可分别研究各部分气体,找出它们各自遵循的规律,列出相应的气体状态方程,再列出各部分气体压强之间及体积之问的关系式,联立求解。