问题 选择题

如图7-4所示,在一个圆柱形导热的气缸中,用活塞封闭了一部分空气,活塞与气缸壁间是密封而光滑的,一弹簧秤挂在活塞上,将整个气缸悬吊在天花板上。当外界气温升高(大气压不变)时,[   ]

A.弹簧秤示数变大

B.弹簧秤示数变小

C.弹簧秤示数不变

D.条件不足,无法判断

答案

答案:C

【错解分析】错解:对活塞进行受力分析,如图7-5由活塞平衡条件可知:

F = mg+p0S-pS

 当外界气温上升时,气体压强增大,所以弹簧秤的接力F将变小,所以答案应选B。

 主要是因为对气体压强变化的判断,没有认真细致地具体分析,而是凭直觉认为温度升高,压强增大。

 【正确解答】对活塞受力分析如错解,

F= mg+p0S-pS

 现在需要讨论一下气体压强的变化。

 以气缸为对象受力分析,如图7-6

 因为M、S、P0均为不变量,所以,在气体温度变化时,气体的压强不变。而气体在此过程中作等压膨胀。

 由此而知,弹簧秤的示数不变,正确答案为C。

 【小结】 通过本题的分析可以看出,分析问题时,研究对象的选取对解决问题方向的作用是至关重要的。如本题要分析气体压强的变化情况,选取气缸为研究对象比研究活塞要方便得多。另外如本题只是分析弹簧秤的示数变化,选整个气缸和活塞为研究对象更为方便,因对气缸加热的过程中,气缸、气体及活塞所受重力不变,所以弹簧秤对它们的拉力就不会变化,因此弹簧秤的示数不变。  

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