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        1. 如圖所示,一足夠高的直立氣缸上端開口,用一個厚度不計的活塞封閉了一段高為90cm的氣柱,活塞的橫截面積為0.01m2,活塞與氣缸間的摩擦不計,氣缸側(cè)壁通過一個密封接口與U形管相通,密封接口離氣缸底部的高度為70cm,氣缸與U形管相通處氣體體積忽略不計.在圖示狀態(tài)時氣體的溫度為17℃,U形管兩支管水銀面的高度差h1為6cm,右支管內(nèi)水銀面到管口的高度為20cm,大氣壓強(qiáng)p=1.0×105Pa保持不變,水銀的密度ρ=13.6×103kg/m3.求:
          (1)活塞的重力;
          (2)現(xiàn)在將U形管右支管開口端用橡皮塞(厚度不計)封住,并在活塞上添加沙粒,同時對氣缸內(nèi)的氣體緩緩加熱,讓活塞高度始終不變.當(dāng)氣體溫度升高到57℃時,不再加沙粒,同時停止對氣體加熱,這時U形管兩支管內(nèi)水銀面的高度差h2變?yōu)槎嗌?(氣缸?nèi)氣體溫度變化不影響U形管)
          (3)保持上題中的沙粒質(zhì)量不變,讓氣缸內(nèi)的氣體逐漸冷卻,那么當(dāng)氣體的溫度至少降為多少℃時,U形管內(nèi)的水銀開始流動?

          【答案】分析:1、活塞受到重力、大氣壓力和封閉氣體的壓力而平衡,由平衡條件求出活塞的重力.
          2、保持活塞的高度不變,缸內(nèi)的氣體近似做等容變化.根據(jù)根據(jù)查理定律求解其壓強(qiáng).再對A氣體研究,A做等溫變化,列方程可解得高度差.
          3、氣缸內(nèi)氣體等壓變化,活塞至接口處時U形管內(nèi)水銀開始流動,列方程求解T,再換算成攝氏溫度.
          解答:解:(1)由對活塞分析,由平衡條件 
          G=PhS=ρghS=13.6×103×10×0.06×0.01N=81.6N   
          (2)氣缸內(nèi)氣體等容變化
          P1=P+Ph=1.0×105+13.6×103×10×0.06 Pa=1.08×105Pa 
          代入上式得P2=
          右支管用橡皮塞封住氣體A,PA1=1.0×105 Pa,PA2=P2-ρg(h+2△h)
          由于A做等溫變化,故有PA1LA1=PA2LA2
          代入數(shù)據(jù)1.0×105×0.2=[1.23×105-13.6×103×10×(0.06+2△h)](0.2-△h)
          解得△h=1.8cm    
          所以h2=h1+2△h=6+2×1.8cm=9.6cm   
          (3)氣缸內(nèi)氣體等壓變化,活塞至接口處時U形管內(nèi)水銀開始流動,
          此時氣缸內(nèi)氣體的溫度為   
          t3=T3-273=256.7-273=-16.3℃.
          答:(1)活塞的重力為81.6N;
          (2)現(xiàn)在將U形管右支管開口端用橡皮塞(厚度不計)封住,并在活塞上添加沙粒,同時對氣缸內(nèi)的氣體緩緩加熱,讓活塞高度始終不變.當(dāng)氣體溫度升高到57℃時,不再加沙粒,同時停止對氣體加熱,這時U形管兩支管內(nèi)水銀面的高度差h2變?yōu)?.6cm.
          (3)保持上題中的沙粒質(zhì)量不變,讓氣缸內(nèi)的氣體逐漸冷卻,那么當(dāng)氣體的溫度至少降為-16.3℃時,U形管內(nèi)的水銀開始流動.
          點評:本題力學(xué)知識與氣體性質(zhì)的綜合,橋梁是壓強(qiáng).往往對跟氣體接觸的水銀或活塞研究,根據(jù)平衡條件或牛頓第二定律研究氣體的壓強(qiáng).
          練習(xí)冊系列答案
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          科目:高中物理 來源: 題型:

          (2006?長寧區(qū)二模)如圖所示,一足夠高的直立氣缸上端開口,用一個厚度不計的活塞封閉了一段高為90cm的氣柱,活塞的橫截面積為0.01m2,活塞與氣缸間的摩擦不計,氣缸側(cè)壁通過一個密封接口與U形管相通,密封接口離氣缸底部的高度為70cm,氣缸與U形管相通處氣體體積忽略不計.在圖示狀態(tài)時氣體的溫度為17℃,U形管兩支管水銀面的高度差h1為6cm,右支管內(nèi)水銀面到管口的高度為20cm,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa保持不變,水銀的密度ρ=13.6×103kg/m3.求:
          (1)活塞的重力;
          (2)現(xiàn)在將U形管右支管開口端用橡皮塞(厚度不計)封住,并在活塞上添加沙粒,同時對氣缸內(nèi)的氣體緩緩加熱,讓活塞高度始終不變.當(dāng)氣體溫度升高到57℃時,不再加沙粒,同時停止對氣體加熱,這時U形管兩支管內(nèi)水銀面的高度差h2變?yōu)槎嗌?(氣缸?nèi)氣體溫度變化不影響U形管)
          (3)保持上題中的沙粒質(zhì)量不變,讓氣缸內(nèi)的氣體逐漸冷卻,那么當(dāng)氣體的溫度至少降為多少℃時,U形管內(nèi)的水銀開始流動?

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          科目:高中物理 來源: 題型:

          如圖所示,一足夠高的直立氣缸上端開口,用一個厚度不計的活塞封閉了一段高為90cm的氣柱,活塞的橫截面積為0.01m2,活塞與氣缸間的摩擦不計,氣缸側(cè)壁通過一個密封接口與U形管相通,密封接口離氣缸底部的高度為70cm,氣缸與U形管相通處氣體體積忽略不計.在圖示狀態(tài)時氣體的溫度為17℃,U形管兩支管水銀面的高度差h1為6cm,右支管內(nèi)水銀面到管口的高度為20cm ,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa保持不變,水銀的密度ρ=13.6×103kg/m3.求:

          (1)活塞的重力;

          (2)現(xiàn)在將U形管右支管開口端用橡皮塞(厚度不計)封住,并在活塞上添加沙粒,同時對氣缸內(nèi)的氣體緩緩加熱,讓活塞高度始終不變.當(dāng)氣體溫度升高到570C時,不再加沙粒,同時停止對氣體加熱,這時U形管兩支管內(nèi)水銀面的高度差h2變?yōu)槎嗌?(氣缸?nèi)氣體溫度變化不影響U形管)

          (3)保持上題中的沙粒質(zhì)量不變,讓氣缸內(nèi)的氣體逐漸冷卻,那么當(dāng)氣體的溫度至少降為多少oC時,U形管內(nèi)的水銀開始流動?

           

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          科目:高中物理 來源:2012屆新疆喀什市第二中學(xué)4月模擬考試物理試卷(帶解析) 題型:計算題

          如圖所示,一足夠高的直立氣缸上端開口,用一個厚度不計的活塞封閉了一段高為90cm的氣柱,活塞的橫截面積為0.01m2,活塞與氣缸間的摩擦不計,氣缸側(cè)壁通過一個密封接口與U形管相通,密封接口離氣缸底部的高度為70cm,氣缸與U形管相通處氣體體積忽略不計.在圖示狀態(tài)時氣體的溫度為17℃,U形管兩支管水銀面的高度差h1為6cm,右支管內(nèi)水銀面到管口的高度為20cm,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa保持不變,水銀的密度ρ=13.6×103kg/m3.求:

          (1)活塞的重力;
          (2)現(xiàn)在將U形管右支管開口端用橡皮塞(厚度不計)封住,并在活塞上添加沙粒,同時對氣缸內(nèi)的氣體緩緩加熱,讓活塞高度始終不變.當(dāng)氣體溫度升高到570C時,不再加沙粒,同時停止對氣體加熱,這時U形管兩支管內(nèi)水銀面的高度差h2變?yōu)槎嗌伲浚飧變?nèi)氣體溫度變化不影響U形管)
          (3)保持上題中的沙粒質(zhì)量不變,讓氣缸內(nèi)的氣體逐漸冷卻,那么當(dāng)氣體的溫度至少降為多少oC時,U形管內(nèi)的水銀開始流動?

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          科目:高中物理 來源:2011-2012學(xué)年新疆喀什市4月模擬考試物理試卷(解析版) 題型:計算題

          如圖所示,一足夠高的直立氣缸上端開口,用一個厚度不計的活塞封閉了一段高為90cm的氣柱,活塞的橫截面積為0.01m2,活塞與氣缸間的摩擦不計,氣缸側(cè)壁通過一個密封接口與U形管相通,密封接口離氣缸底部的高度為70cm,氣缸與U形管相通處氣體體積忽略不計.在圖示狀態(tài)時氣體的溫度為17℃,U形管兩支管水銀面的高度差h1為6cm,右支管內(nèi)水銀面到管口的高度為20cm ,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa保持不變,水銀的密度ρ=13.6×103kg/m3.求:

          (1)活塞的重力;

          (2)現(xiàn)在將U形管右支管開口端用橡皮塞(厚度不計)封住,并在活塞上添加沙粒,同時對氣缸內(nèi)的氣體緩緩加熱,讓活塞高度始終不變.當(dāng)氣體溫度升高到570C時,不再加沙粒,同時停止對氣體加熱,這時U形管兩支管內(nèi)水銀面的高度差h2變?yōu)槎嗌?(氣缸?nèi)氣體溫度變化不影響U形管)

          (3)保持上題中的沙粒質(zhì)量不變,讓氣缸內(nèi)的氣體逐漸冷卻,那么當(dāng)氣體的溫度至少降為多少oC時,U形管內(nèi)的水銀開始流動?

           

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