题目内容

【题目】如图,在柱形容器中密闭有一定质量气体,一具有质量的光滑导热活塞将容器分为A、B两部分,离气缸底部高为49cm处开有一小孔,与U形水银管相连,容器顶端有一阀门K。先将阀门打开与大气相通,外界大气压等于p0=75cmHg,室温t0=27°C,稳定后U形管两边水银面的高度差为Δh=25cm,此时活塞离容器底部为L=50cm。闭合阀门,使容器内温度降至-57°C,发现U形管左管水银面比右管水银面高25cm。求:

①此时活塞离容器底部高度L′;

②整个柱形容器的高度H。

【答案】1)此时活塞离容器底部高度L′=48cm

2)整个柱形容器的高度H=75cm

【解析】

试题(1)以A中气体为研究对象,找出初末状态参量利用理想气体状态方程列式求解;

2)以B中气体为研究对象,找出初末状态参量利用理想气体状态方程列式求解;

解:U形管两边水银面的高度差为△h=25cm

A种气体的压强为:PA1=P0+△h=75+25cmHg=100cmHg

B中为大气,设活塞产生压强为P,由平衡得:P0S+PS=PA1S

解得:P=25cmHg

闭合阀门,容器内温度降低,压强均减小且A处降低较多,活塞下移

设此时表示A种气体的压强为PA2=P0﹣25=75﹣25cmHg

由理想气体状态方程得:

解得:49cm

假设不成立,说明U管表示的应该是B种气体的压强,

PB2=50cmHg

A种气体压强为:PA2=PB2+P=75cmHg

A种气体由理想气体状态方程得:

代入数据解得:LA2=48cm

活塞离容器底部的高度为:L′=LA2=48cm

2)对B中气体由理想气体状态方程得:

设整个柱形容器的高度H,则

代入数据解得:H=75cm

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