Question

如圖所示，容器A、B各有一個可自由移動的輕活塞，活塞下面是水，上面是大氣，大氣壓強恒定，A、B的底部由帶有閥門K的管道相連，整個裝置與外界絕熱，原先A中水面比B中水面高，打開閥門，使A中的水逐漸向B中流，最后達到平衡，在這個過程中

A．大氣壓力對水做功，水的內能增加

B．水克服大氣壓力做功，水的內能增加

C．大氣壓力對水不做功，水的內能不變

D．大氣壓力對水不做功，水的內能增加

Answer 1

答案：D
解析：

根據題意，打開閥門后，A中的水逐漸向B中流，達到平衡后，A、B中的水面一樣高，在這個過程中，可能對水做功的外力有：A活塞上方的大氣壓力p0BA，B活塞上方的大氣壓力p0SB，水的重力．設A活塞下移的距離為LA，B活塞上移的距離為LB，則由恒力做功的公式就得到大氣壓力對水做功等于p0SALA－p0SBLB，忽略水的壓縮性，A中減少的水的體積等于B中增加的水的體積，即SALA＝SBLB，故大氣壓力對水做的功的總和等于零．即大氣壓力對水不做功，在水由A向B流動的過程中，重力做功應怎樣考慮呢？如題中圖所示，盡管在打開閥門K以后，各個部分水都流動，但從重力勢能的角度看，相當于A中打右斜線部分的水下落至B中打右斜線部分的空間，這部分水的重力勢能減少了，因而可判定在這個過程中，水的重力勢能減少了，即重力對水做功．由于整個裝置是絕熱的，根據能的轉化和守恒定律可判定，水的內能增加．