题目内容

13.如图所示,截面积分别为SA=1cm2、SB=0.5cm2的两个上部开口的柱形气A、B,底部通过体积可以忽略不计的细管连通,A、B两个气缸内分别有两个不计厚度的活塞,质量分别为mA=1.4kg、mB=0.7kg.A气缸内壁粗糙,活塞与气缸间的最大静摩擦力为Ff=3N;B气缸内壁光滑,且离底部2h高处有一活塞销.当气缸内充有某种理想气体时,A、B中的活塞距底部均为h,此时气体温度为T0=300K,外界大气压为P0=1.0×105Pa.现缓慢升高气体温度,(g取10m/s2,)求:
①当气缸B中的活塞刚好被活塞销卡住时,气体的温度;
②当气缸A中的活塞刚要滑动时,气体的温度T2.

分析 ①此过程为等压过程,分别求出初末状态的体积,再根据$\frac{{V}_{0}^{\;}}{{T}_{0}^{\;}}=\frac{{V}_{1}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}$列式求解即可;
②从B活塞到达底部,到A活塞开始运动,气体发生等容变化,根据平衡条件求出初末位置的压强,带入$\frac{{p}_{1}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}=\frac{{p}_{2}^{\;}}{{T}_{2}^{\;}}$求解温度即可.

解答 解:①此过程为等压过程,由盖-吕萨克定律得:
$\frac{{V}_{0}^{\;}}{{T}_{0}^{\;}}=\frac{{V}_{1}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}$…①
${V}_{0}^{\;}={S}_{A}^{\;}h+{S}_{B}^{\;}h$=1.5h…②
${V}_{1}^{\;}$=${S}_{A}^{\;}h+2{S}_{B}^{\;}h$=2h…③
联立①②③得:$\frac{1.5h}{300}=\frac{2h}{{T}_{1}^{\;}}$
解得:${T}_{1}^{\;}=400K$
②气体做等容变化,由查理定律得:
$\frac{{p}_{1}^{\;}}{{T}_{1}^{\;}}=\frac{{p}_{2}^{\;}}{{T}_{2}^{\;}}$
最初,对B活塞有:${p}_{1}^{\;}{S}_{B}^{\;}={p}_{0}^{\;}{S}_{B}^{\;}+{m}_{B}^{\;}g$
解得:${p}_{1}^{\;}=2.4×1{0}_{\;}^{5}{p}_{a}^{\;}$
活塞要动时,对A活塞有:${p}_{2}^{\;}{S}_{A}^{\;}$=${p}_{0}^{\;}{S}_{A}^{\;}+{m}_{A}^{\;}g+f$,
解得:${p}_{2}^{\;}=2.7×1{0}_{\;}^{5}{p}_{a}^{\;}$
所以有:$\frac{2.4×1{0}_{\;}^{5}}{400}=\frac{2.7×1{0}_{\;}^{5}}{{T}_{2}^{\;}}$
解得:${T}_{2}^{\;}=450K$
答:①当气缸B中的活塞刚好被活塞销卡住时,气体的温度为400K;
②当气缸A中的活塞刚要滑动时,气体的温度${T}_{2}^{\;}$为450K

点评 本题关键明确封闭气体的初末状态,然后结合气体实验定律列式求解;同时要对活塞受力分析并结合平衡条件求解压强.

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