- 气体
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如图所示,光滑水平地面上放有一质量为m的导热气缸,用活塞封闭了一部分气体。活塞质量为m/2,截面积为S,可无摩擦滑动,气缸静止时与缸底距离为L0。现用水平恒力F向右推气缸,最后气缸与活塞达到相对静止状态。已知大气压强为P0。求
(1)稳定时封闭气体的压强;
(2)稳定时活塞与缸底部的距离?
正确答案
解:(1)对整体,F=(m+m/2)a ①
对活塞,(P-P0)S=ma/2 ②
联①②可得P=P0+F/3S
(2)气体温度不变,P0L0=PL
所以L=L0
(选修3-3选做题)
如图所示,一圆筒形汽缸静止于地面上,汽缸的质量为M,容积为V活塞(连同手柄)的质量不计,汽缸内部的横截面积为S,大气压强为P0,平衡时汽缸内气体体积为。现用手握住活塞手柄缓慢向上提,直至缸口,在整个上提过程中气体的温度保持不变,不计活塞与汽缸壁间的摩擦,求此时地面对汽缸的支持力。
正确答案
解:封闭气体的初状态,压强为1=0,体积为1=/2
活塞至缸口时,气体的体积2=,设压强为2
由玻意耳定律11=22解得:2= 0/2
设活塞受到的拉力为:2+=0
设汽缸受到的支持力为N:N=- 0/2
如图,上端开口的圆柱形气缸竖直放置,截面积为5×10-3m2,一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞封闭在气缸内,其压强为_____________Pa(大气压强取1.01×105Pa,g取10m/s2)。若从初温27℃开始加热气体,使活塞离气缸底部的高度由0.50m缓慢地变为0.51m,则此时气体的温度为_______℃。
正确答案
1.05×105;33
如图,上端开口的圆柱形气缸竖直放置,截面积为5×10-3m2,一定质量的气体被质量为2.0kg的光滑活塞封闭在气缸内,其压强为_____________Pa(大气压强取1.01×105Pa,g取10m/s2)。若从初温27℃开始加热气体,使活塞离气缸底部的高度由0.50m缓慢地变为0.51m,则此时气体的温度为_______℃。
正确答案
1.05×105;33
(选修3-3选做题)
一圆柱形气缸,质量M为10 kg,总长度L为40 cm,内有一活塞,质量m为5 kg,截面积S为50 cm2,活塞与气缸壁间摩擦可忽略,但不漏气(不计气缸壁与活塞厚度),当外界大气压强p0为1×105 Pa,温度t0为7°C时,如果用绳子系住活塞将气缸悬挂起来,如图所示,气缸内气体柱的高L1为35 cm,g取10 m/s2。求:
(1)此时气缸内气体的压强;
(2)当温度升高到多少摄氏度时,活塞与气缸将分离。
正确答案
解:(1)p=p0-=(1×105-
)Pa=0.8×105 Pa
(2),
,t=47°C
一竖直放置的、长为L的圆筒下端封闭,上端与大气(视为理想气体)相通,初始时筒内气体温度为T1。现将一可沿筒壁自由滑动的活塞从上端放进圆筒,活塞下滑过程中气体温度保持不变且没有气体漏出,平衡后圆筒内活塞上下两部分气柱长度比为l:3。若将圆筒下部气体温度降至T2,在保持温度不变的条件下将筒倒置,平衡后活塞下端与圆筒下端刚好平齐。已知T1=T2,大气压强为p0,重力加速度为g。求活塞的厚度和活塞的密度ρ。
正确答案
解:设圆筒横截面内圆面积为S,初始时气体压强为p0,体积为V0=LS
活塞下滑后圆筒下部气体压强为p1=p0+ρgd
体积为V1=(L-d)S
圆筒倒置后,筒内气体压强为p2=p0-ρgd
体积为V2=(L-d)S
由理想气体状态方程有:p0LS=(p0+ρgd)×(L-d)
d=L,ρ=
测得室温20℃时,空气的绝对湿度P=0 .779kPa,求此时空气的相对湿度是多少?
正确答案
33.9%
当温度为20℃时,水蒸气的饱和汽压为2.3×103Pa,空气的绝对湿度就是空气中所含水蒸气的压强,根据相对湿度的定义可知,此时空气的相对湿度等于水蒸气的实际压强与同温下水的饱和汽压之比,即等于0 .779/2.3=33.9%。
如图,一质量不计,可上下自由移动的活塞将圆筒分为上下两室,两室中分别封闭有理想气体。筒的侧璧为绝缘体,上底N、下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积S=2cm2在电键K断开时,两室中气体压强均为p0= 240Pa,ND 间距l1=1μm,DM间距l2=3μm。将变阻器的滑片P滑到左端B,闭合电键后,活塞D与下底M分别带有等量异种电荷,并各自产生匀强电场,在电场力作用下活塞D发生移动,稳定后,ND间距l1ˊ=3μm,DM间距l2ˊ=1μm,活塞D所带电量的绝对值q=SE(式中E为D与M所带电荷产生的合场强,常量
=8.85×10-12C2/N·m2)求:
(1)两室中气体的压强(设活塞移动前后气体温度保持不变);
(2)活塞受到的电场力大小F;
(3)M所带电荷产生的场强大小EM和电源电压U;
(4)使滑片P缓慢地由B向A滑动,活塞如何运动,并说明理由。
正确答案
解:(1)电键未合上时两室中气体压强为P0,设电键合上后,两室中气体压强分别为p1、p2,
由玻意耳定律
P0l1S=p1l1'S,
P0l2S=p2l2'S,p2=3p0=3×240=720Pa
(2)活塞受到的气体压强差为△P=P2-P1=720-80=640Pa
活塞在气体压力和电场力作用下处于平衡,电场力F=△pS=640×2×10-4=1.28×10-1N
(3)活塞受到的电场力大小F=qEM
其中活塞所带电量q=SE,E由D、M所带等量异号电荷共同产生,
根据电场叠加原理,M产生的场强大小
所以F=qEM=2SEM2
6×106V/m
E=2EM=1.2×107V/m
U=El2'=1.2×107×1×10-6=12v
(4)当滑片P由B向A滑动时,DM间场强减小,DN间场强变大,活塞受到向下的电场力减小,电场力与气体压力间的平衡被破坏,活塞向上运动。
【选修3-3选做题】
如图所示,一圆筒形汽缸静止于水平地面上,汽缸的质量为M,活塞(连同手柄)的质量为m,汽缸内部的横截面积为S,大气压强为P0,平衡时汽缸内的容积为V。现用手握住活塞手柄缓慢向上提,设汽缸足够长,在整个上提过程中气体的温度保持不变,不计汽缸内气体的重力及活塞与汽缸壁间的摩擦,求汽缸刚提离地面时活塞上升的距离。
正确答案
解:封闭气体的初状态:体积为V,压强为
设汽缸刚提离地面时活塞上升的距离为x,封闭气体压强为P2,则封闭气体末状态体积为V'=V+xS
对气缸,有p2S+Mg=p0S
解得
根据玻意耳定律P1V=P2V'
解得
如图,在大气中有一水平放置的固定圆筒,它由a、b和c三个粗细不同的部分连接而成,各部分的横截而积分别为2S、1/2S和S。已知大气压强为p0,温度为T0。两活塞A和B用一根长为4l的不可伸长的轻线相连,把温度为T0的空气密封在两活塞之间,此时两活塞的位置如图所示现对被密封的气体加热,使其温度缓慢上升到T若活塞与圆筒壁之间的摩擦可忽略,此时两活塞之间气体的压强可能为多少?
正确答案
解:设加热前,被密封气体的压强为P1,轻线的张力为f。
因两活塞都处在静止状态,对活塞A有2P0S -2p1S+f=0 ①
对活塞B有p1S-P0S-f=0 ②
由①②式得p1= P0③
f=0 ④
即被密封气体的压强与大气压强相等,轻线处在拉直的松弛状态,
这时气体的体积V1= 2S1+S1+ S1=4S1 ⑤
对气体加热时,被密封气体温度缓慢升高,两活塞一起向左缓慢移动,气体体积增大,压强保持p1不变,若持续加热,此过程会一直持续到活塞向左移动的距离等于l为止,
这时气体的体积V1=4S1+S1=5S1⑥
设此时气体的温度为T2,由盖·吕萨克定律V2∝T2,即⑦
由③⑤⑥⑦得⑧
由此可知,当时,气体的压强P2=P0⑨
当T>T2时,活塞已无法移动,被密封气体的体积保持V2不变,
气体经历一等容升压过程当气体的温度为T时,设其压强为p,由查理定律p∝T,即有⑩
即当时,气体的压强为
。
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