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简答题

左管封闭、右管开口,内径粗细均匀的玻璃U形管竖直放置。左管内封闭一定质量的理想气体,气柱长15cm,温度为27℃,足够长的右管内用长为5cm的水银柱封闭另一质量一定的理想气体,气柱长20cm,右管置于恒温环境中。此时左管内水银面位于刻度A处且比右管内水银面高5cm(如图所示),现仅对左管内气体加热至127℃(外界大气压强p0=75cmHg。)问:

(1)为使左管内水银液面仍保持在刻度A处,则必须在右管中缓慢注入多长的水银柱?

(2)此时右管内气柱的长度是多少?

正确答案

(1)  25cm    (2)15.2cm

(1)左管内气体初态压强p1="75cmHg" ①

代入数据解得p1′="100cmHg" ③右管内气体初态压强 p2="80cmHg" ④

初态体积V2="20S" 末态压强p2′=p1′+5="105cmHg" ⑤

再注入的水银柱长度L="105-80=25cm" ⑥

(2)末态体积V′2="L2S" ⑦由玻意耳定律得p2V2=p′2V′2

解得L2=15.2cm

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简答题

一直径为d的气泡从湖底升起,到达水面时直径扩大为2d.设湖水处处温度相同,大气压强为1.01×Pa,则湖的深度为多少?   

正确答案

70m

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简答题

如图所示,质量为M的气缸内由一质量为m的活塞封闭一部分空气,气缸内部横截面积为S,当把气缸吊起来而处于静止状态时,活塞距缸底为h,若手持活塞柄把气缸竖直举起,仍处于静止状态时,活塞距缸底的距离是多少?(设大气压强为,活塞与气缸无摩擦,气缸内空气温度保持不变)

正确答案

悬吊时,对活塞有:

手举时,对气缸有:+Mg,

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简答题

如图所示,竖直放置的U型管,左端封闭,右端开口,管内水银将长19cm的空气封在左管内,此时两管内水银面的高度差为4cm,大气压为标准大气压.要使两管内水银面高度差为2cm,则需注入水银柱长度为多少.

正确答案

3cm或9cm

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简答题

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,筒的侧壁为绝缘体,上底N,下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积。在电键K断开时,两室中气体压强均为,ND间距,DM间距,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,DM间距,活塞D所带电量的绝对值(式中E为D与M所带电荷产生的合场强,常量)。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),解得

,解得

(2)根据活塞受力的平衡,

(3)因为E为D与M所带电荷产生的合场强,是M所带电荷产生的场强大小,所以E=2,所以,所以=,得。电源电压

(4)因减小,减小,向下的力减小,增大,增大,向上的力增大,所以活塞向上移动

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简答题

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,筒的侧壁为绝缘体,上底N,下底M及活塞D均为导体并按图连接,活塞面积。在电键K断开时,两室中气体压强均为,ND间距,DM间距,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,DM间距,活塞D所带电量的绝对值(式中E为D与M所带电荷产生的合场强,常量)。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),解得

,解得

(2)根据活塞受力的平衡,

(3)因为E为D与M所带电荷产生的合场强,是M所带电荷产生的场强大小,所以E=2,所以,所以=,得。电源电压

(4)因减小,减小,向下的力减小,增大,增大,向上的力增大,所以活塞向上移动

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简答题

用DIS研究一定质量气体在温度不变时,压强与体积关系的实验装置如图1所示,实验步骤如下:

①把注射器活塞移至注射器中间位置,将注射器与压强传感器、数据采集器、计算机逐一连接;

②移动活塞,记录注射器的刻度值V,同时记录对应的由计算机显示的气体压强值p;

③用V-1/p图像处理实验数据,得到如图2所示图线。

       

(1)为了保持封闭气体的质量不变,实验中采取的主要措施是_________________________________。

(2)为了保持封闭气体的温度不变,实验中采取的主要措施是___________________和____________________。

(3)如果实验操作规范正确,但如图所示的V-1/p图线不过原点,则代表____________________。

正确答案

(1)在注射器活塞上涂润滑油

(2)移动活塞要缓慢,不能用手握住注射器封闭气体部分

(3)注射器与压强传感器连接部位的气体体积大

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简答题

如图所示,气缸放置在水平台上,活塞质量为5 kg,面积为25 cm2,厚度不计,气缸全长25 cm,大气压强为1×105 Pa,当温度为27℃时,活塞封闭的气柱长10 cm,若保持气体温度不变,将气缸缓慢竖起倒置。g取10 m/s2

(1)气缸倒置过程中,下列说法正确的是______________。

A.单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数增多

B.单位时间内气缸单位面积上气体分子撞击次数减少

C.吸收热量,对外做功

D.外界气体对缸内气体做功,放出热量

(2)求气缸倒置后气柱长度;

(3)气缸倒置后,温度升至多高时,活塞刚好接触平台(活塞摩擦不计)?

正确答案

解:(1)BC

(2)1→2状态等温变化:

p1L1=P2L2,故L2=15 cm

(3)2→3状态等压变化:T2=T1=(273+27) K=300 K,L2=15 cm,L3=25 cm

或227℃

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简答题

如图所示,固定的竖直圆筒由上段细筒和下段粗筒组成,粗筒横截面积是细筒的4倍,细筒足够长,粗筒中A、B两轻质光滑活塞间封有空气,活塞A上方有水银。用外力向上托住活塞B,使之处于静止状态,活塞A上方的水银面与粗筒上端相平,当时气体温度为23℃水银深H=10cm,气柱长L=20cm,大气压强p0=75cmHg。现保持温度不变,使活塞B缓慢上移,直到水银的一半被推入细筒中。

(1)此时筒内气体的压强为多少?

(2)活塞B向上移动的距离。

(3)此时保持活塞B位置不变,改变气体温度,让A上方的水银刚好全部进入细筒内,则气体的温度是多少?

正确答案

解:P1=p0+h=85cmHg,V1=S20cm

(1)P2=p0+h2=100cmHg

(2)P1V1=P2V2,V2=s17cm,X=8cm

(3)V1/T1=V2/T2,T=180K

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简答题

如图所示,一根粗细均匀的玻璃管长为80cm,一端开口,一端封闭。管内有一段25cm长的汞柱将一段空气柱封闭于管中,当玻璃管水平放置时,空气柱长为40cm。问当玻璃管开口向下竖直放置时,管内空气柱长为多少?(假设温度保持不变,外界大气压为75cmHg)

某同学解法为:

始、末两状态的压强分别为:P1=75cmHg,P2=75-25=50cmHg

此过程为等温变化,根据玻意耳定律有:P1V1=P2V2

即:L2=P1L1/P2=75×40/50=60cm

你认为他的解法是否正确?若正确,请说明理由;若错误,也请说明理由,并且写出正确解的步骤和结果。

正确答案

解:(1)他的解法不正确

从他的计算结果看:60cm+25cm>80cm,所以玻璃管开口向下时水银会漏出

(2)设留在管内水银长为h

P1V1=P2V2

75×40=(75-h)×(80-h)

h≈22.67cm

管内空气柱长为:L=L0-h=(80-22.67)cm=57.33cm

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简答题

一个内壁光滑的圆柱形气缸,质量为M,高度为L,底面积为S。缸内有一个质量为m的活塞,封闭了一定质量的理想气体,不计活塞厚度。温度为t0时,如果用绳子系住活塞将气缸悬挂起来,如图甲所示,气缸内气体柱的高为L1,如果用绳子系住气缸底,将气缸倒过来悬挂起来,如图乙所示,气缸内气体柱的高为L2,设两种情况下气缸都处于竖直状态,求:

(1)当时的大气压强;

(2)为保证图乙情况下,活塞不从气缸中脱落,缸内气体温度的变化范围。

正确答案

解:(1)p1=p0

p2=p0

p1L1S=p2L2S

所以(p0)L1S=(p0)L2S

可解得p0

(2)考虑临界情况,温度最高时,活塞在缸口边缘,设此时的温度为t,体积为LS。由盖吕萨克定律

(或由气态方程:

得t=

所以只要温度低于(),活塞就不会脱落

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简答题

内壁光滑的导热气缸竖直浸放在盛有冰水混合物的水槽中,用不计质量的活塞封闭压强为P1=1.0×105Pa,体积为Vl=2.0×10-3m3的理想气体。现在活塞上方缓缓倒上砂子,使封闭气体的体积变为原来的一半。求:

(1)此时气缸内气体的压强P2

(2)此过程气体是吸热还是放热?简要说明理由。

正确答案

解:(1)以封闭的气体为研究对象,由题意知,气体作等温变化,根据玻意耳定律得:

代人数据得:

(2)放热。该过程被封闭的气体做的是等温变化,气体内能不变,而外界对气体做功,根据热力学第一定律可知,此过程气体是放热的。

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简答题

如图,长=100cm,粗细均匀的玻璃管一端封闭。水平放置时,长0=50cm的空气柱被水银柱封住,水银柱长=30cm。将玻璃管缓慢地转到开口向下和竖直位置,然后竖直插入水银槽,插入后有△=15cm的水银柱进入玻璃管。设整个过程中温度始终保持不变,大气压强0=75cmHg。求:

(1)插入水银槽后管内气体的压强

(2)管口距水银槽液面的距离

正确答案

解:(1)设当转到竖直位置时,水银恰好未流出,由玻意耳定律p=p0L/l=53.6cmHg

由于p+ρgh=83.6cmHg,大于p0,水银必有流出

设管内此时水银柱长为x,由玻意耳定律p0SL0=(p0-ρgh )S (L -x ),解得x=25cm

设插入槽内后管内柱长为L',L'=L-(x+△h )=60cm

插入后压强p=p0L0/L'=62.5cmHg

(2)设管内外水银面高度差为h'

h'=75-62.5=12.5cm

管口距槽内水银面距离距离H=L-L'-h'=27.5cm

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简答题

有同学在做“研究温度不变时气体的压强跟体积的关系”实验时,用连接计算机的压强传感器直接测得注射器内气体的压强值,缓慢推动活塞,使注射器内空气柱从20.0ml变12.0ml。实验共测了5次,每次体积值直接从注射器的刻度上读得并输入计算机。同时由压强传感器测得对应体积的压强值。实验完成后,计算机屏幕上立刻显示出如下表中的实验结果。

   

(1)仔细观察不难发现,pV(×105Pa·ml)一栏中的数值越来越小,造成这一现象的可能原因是

[     ]

A实验时注射器活塞与筒壁的摩擦力不断增大 

B.实验时环境温度增大了 

C.实验时外界大气压强发生了变化 

D.实验时注射器内的空气向外发生了泄漏 

(2)根据你在(1)中的选择,说明为了减小误差,应采取的措施是______________________。

正确答案

(1)D

(2)在注射器活塞是涂增加密封性

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简答题

如图所示,左右两个容器的侧壁都是绝热的、底部都是导热的、横截面积均为S。左容器足够高,上端敞开,右容器上端由导热材料封闭。两个容器的下端由容积可忽略的细管连通。容器内两个绝热的活塞A、B下方封有氮气,B上方封有氢气。大气的压强为p0,外部气温为T0=273K保持不变,两个活塞因自身重力对下方气体产生的附加压强均为0.1 p0。系统平衡时,各气体柱的高度如图所示。现将系统的底部浸入恒温热水槽中,再次平衡时A上升了一定的高度。用外力将A缓慢推回第一次平衡时的位置并固定,第三次达到平衡后,氢气柱高度为0.8h。氮气和氢气均可视为理想气体。求:

(1)第二次平衡时氮气的体积;

(2)水的温度.

正确答案

解:(1)考虑氢气的等温过程。该过程的初态压强为P0,体积为hs,末态体积为0.8hs。设末态压强为P,由玻意耳定律得

活塞A从最高点被推回第一次平衡时位置的过程是等温过程。该过程的初态压强为1.1P0,体积为V,末态的压强为P,

体积为v,则

V=2.2hs

由玻意耳定律得

(2)活塞A从最初位置升到最高点的过程为等压过程。该过程的初态体积和温度分别为2hs和T0=273K,末态体积为2.7hs。设末态温度为T,由盖-萨克定律得:

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