问题 计算题

(9分)一定质量的理想气体被活塞封闭在竖直放置的圆形气缸内,汽缸壁导热良好,活塞可沿汽缸壁无摩擦地滑动。开始时气体压强为p,活塞下表面相对于气缸底部的高度为h,外界的温度为T0。现取质量为m的沙子缓慢地倒在活塞的上表面,沙子倒完时,活塞下降了h/4。若此后外界的温度变为T,求重新达到平衡后气体的体积。已知外界大气的压强始终保持不变,重力加速度大小为g。

答案

题目分析:气缸导热良好,说明气体温度一直等于外界温度T0,设气缸底面积为S,活塞质量为m0,大气压强p0

开始平衡时有

沙子倒完后平衡时,对活塞分析

整理可得

根据理想气体状态方程有可得

联立可得

外界温度变为T时,根据理想气体状态方程可得

根据活塞平衡可得

重新平衡后的气体体积

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