Question

（8分）某同學(xué)在研究“一定質(zhì)量氣體體積不變時壓強和溫度關(guān)系”實驗中，將氣缸開口向上豎直放置在水平桌面上，在沒有壓強傳感器的情況下，他將力傳感器和活塞一起固定，測量活塞作用在傳感器上沿豎直方向的力，如圖A.所示。活塞的橫截面積為S＝15 cm2，大氣壓強p0＝1.0×105 Pa，氣缸質(zhì)量M＝0.75 kg。當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度t1＝27 ℃時，力傳感器示數(shù)恰好為零，升高氣體的溫度，根據(jù)測得數(shù)據(jù)作了如圖B.所示的F﹣T圖，忽略摩擦，取g＝10 m/s2。

（1）F＜0表明傳感器對活塞的作用力方向為_______；

（2）直線的斜率為______，t1溫度時氣體壓強為______Pa；

（3）該同學(xué)又從t1開始降低溫度直至t2＝﹣10 ℃進(jìn)行實驗，且操作無誤，試在圖B.中作出t1至t2溫度區(qū)間內(nèi)的F﹣T圖線，并在坐標(biāo)軸上注明必要數(shù)據(jù)。

Answer 1

(1)向下 (2)﹣0.52 N/K 1.04×105(3)如圖

【解析】

試題分析：（1）溫度升高，氣缸中的氣體壓強增大，活塞向上頂傳感器，則傳感器向下壓活塞，即傳感器對活塞的作用力方向為向下。

（2）直線的斜率為k=－=﹣0.52 N/K。當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度T=0 K時，力傳感器示數(shù)恰好為156 N，以活塞為研究的對象有mg+p0S=156 N，得mg=6 N，當(dāng)缸內(nèi)氣體溫度t1=27 ℃時，力傳感器示數(shù)恰好為零，滿足mg+p0S=pS，故t1溫度時氣體壓強為

p==1.04×105 Pa。

（3）要使氣體溫度由t1變?yōu)閠2，可以先做等容變化再做等壓變化。在做等容的過程中，溫度下降，壓強變小，氣缸將被拉起，當(dāng)氣缸剛好離開桌面時，設(shè)此時氣體的壓強為p′，有Mg+p′S=p0S，解得p′=9.5×104 Pa，由=，得T2=274 K。接著做等壓變化，壓力不變，一直降到263 K即可。圖像如圖所示。

考點：理想氣體的狀態(tài)方程