如图所示，导热性能良好的圆筒形汽缸开口向右放置在水平地面上，质量为、横截面积的活塞在汽缸内封闭了一定质量的理想气体，开始的封闭气柱的长度为，环境温度为27℃，大气压强。现将汽缸逆时针旋转使其开口端竖直向上，取，不计活塞厚度，汽缸内壁光足够长且不漏气，取0℃为。

1. 如图所示，导热性能良好的圆筒形汽缸开口向右放置在水平地面上，质量为 $\text{[math]}$ 、横截面积 $\text{[math]}$ 的活塞在汽缸内封闭了一定质量的理想气体，开始的封闭气柱的长度为 $\text{[math]}$ ，环境温度为27℃，大气压强 $\text{[math]}$ 。现将汽缸逆时针旋转 $\text{[math]}$ 使其开口端竖直向上，取 $\text{[math]}$ ，不计活塞厚度，汽缸内壁光足够长且不漏气，取0℃为 $\text{[math]}$ 。

(1) 求活塞稳定后封闭气柱的长度；

(2) 活塞稳定后再将环境温度缓慢升高至 $\text{[math]}$ ，若升温过程中气体吸收 $\text{[math]}$ 的热量，求该过程中气体的内能变化量。

【考点】

热力学第一定律及其应用; 气体的等温变化及玻意耳定律; 气体的等压变化及盖-吕萨克定律;

【答案】

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解答题普通

1. 在一个电梯的轿厢中，一质量M=10kg，内部横截面积S=100cm²的气缸由一个质量m=10kg的活塞封闭了一定质量的理想气体。初始时（如图甲），气缸静置在轿厢底部，气柱高度h₁=16cm。若用绳子连接活塞将气缸悬挂在电梯的顶部（如图乙），电梯以加速度a=2m/s²匀加速上升。已知大气压强p₀=1.0×10⁵Pa，轿厢内温度不变，气缸导热性能良好且不计活塞与气缸壁间的摩擦。

(1) 在加速状态下，待气柱稳定时，与初始时相比，封闭气体的分子平均动能，单位体积内的分子数；(两空均选填“增加”、“减少”或“不变”)

(2) 求图甲静止状态下，气缸内气体的压强p₁；

(3) 求图乙加速状态下，气柱的最终高度h₂。

解答题普通

2. 如图所示，水平地面上有一圆柱形汽缸，汽缸内活塞的质量 $\text{[math]}$ 、横截面积 $\text{[math]}$ ，活塞内封闭一定质量的理想气体，活塞与汽缸壁的摩擦不计。开始时活塞距汽缸底的距离 $\text{[math]}$ ，环境温度 $\text{[math]}$ ，已知汽缸导热性能良好，外界大气压强 $\text{[math]}$ ，取 $\text{[math]}$ 。求：

(1) 若将汽缸倒置，经过足够长时间，活塞到缸底的距离；

(2) 在（1）条件下，改变环境温度，使活塞又回到原来的位置，若气体内能减少了200J，则气体对外放出多少热量。

解答题普通

3. 暴雨季节，路面水井盖因排气孔（如图甲）堵塞可能会造成井盖移位而存在安全隐患。如图乙所示，某次暴雨，水位以50mm/h的速度迅速上涨，质量为m = 36kg的某井盖排气孔被堵塞且与地面不粘连，圆柱形竖直井内水面面积为S = 0.4m² ，水位与井盖之间的距离为h = 2.018m时开始计时，此时井内密封空气的压强恰好等于大气压强p₀= 1.00 × 10⁵Pa，若空气视为理想气体，温度始终不变，g = 10m/s²。

（1）在井盖被顶起前外界对井内密封空气做了725J的功，则该气体吸热还是放热？吸收或放出的热量为多少？

（2）求密闭空气的压强为多大时井盖刚好被顶起；

（3）求从图示位置起，历经多长时间水井盖会被顶起。

解答题普通