Question

如图所示是用导热性能良好的材料制成的实验装置，开始时气缸内封闭气体长度为22cm，现用竖直向下的外力压活塞，使气缸内空气柱的长度变为11cm．已知大气压强为P₀=1.0×10⁵Pa，活塞的横截面积S=l0cm²（不计活塞的重力，环境温度稳定）．求：
（1）若缓慢压缩活塞，压缩后气体的压强．
（2）从微观上说明（1）中压强变化的原因．
（3）若压缩气体过程中，人对活塞做功100J，气体向外散失热量20J，试求气体内能的变化量．

Answer 1

（1）封闭气体初态压强 p₁=p₀=1.0×10⁵Pa，体积V₁=l₁S，末态体积 V₂=l₂S
由波意耳定律 p₁V₁=p₂V₂，
解得：p₂=p₁

V1

V2

=1.0×10⁵×

22

11

Pa=2.0×10⁵Pa
（2）缓慢压缩活塞，气体温度不变，气体分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加．
（3）人对活塞做功 W₁=100J，
大气压力对活塞所做的功 W₂=p₀Sh=1.0×10⁵×10×10^-4×11×10^-2=11（J）
由热力学第一定律有：
W₁+W₂+Q=△U
解得：△U=100J+11J-20J=91J
答：
（1）若缓慢压缩活塞，压缩后气体的压强为2.0×10⁵Pa．
（2）缓慢压缩活塞，气体温度不变，气体分子平均动能不变，单位体积内分子数增加，所以压强增加．
（3）气体内能的变化量为91J．