题目内容

【题目】如图所示,固定的绝热汽缸内有一质量为1.5m的“T”形绝热活塞(体积可忽略),距汽缸底部h0处连接一U形管(管内气体的体积忽略不计)。初始时,封闭气体温度为T0,活塞距离汽缸底部为1.6h0,两边水银柱存在高度差。已知水银的密度为ρ,大气压强为p0,汽缸横截面积为S,活塞竖直部分长为1.2h0,重力加速度为g。试问:

(i)初始时,水银柱两液面高度差多大?

(ii)缓慢降低气体温度,两水银面相平时温度是多少?

【答案】(i);(ii)

【解析】

(i)选取活塞为研究对象,对其受力分析并根据平衡条件有

p0S+1.5mg=pS

可得被封闭气体压强

设初始时水银柱两液面高度差为h,则被封闭气体压强

p=p0+ρgh

联立以上两式可得,初始时液面高度差为

(ii)降低温度直至液面相平的过程中,被封闭气体先等压变化,后等容变化,初状态:,V1=1.6h0S,T1=T0,末状态:p2=p0,V2=1.2h0S,根据理想气体状态方程有代入数据,可得

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