题目内容
20.在水下气泡内空气的压强大于气泡表面外侧水的压强,两压强差△p与气泡半径r之间的关系为△p=$\frac{2σ}{r}$,其中σ=0.070N/m.现让水下10m处一半径为0.50cm的气泡缓慢上升,已知大气压强p0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3,重力加速度大小g=10m/s2.(i)求在水下10m处气泡内外的压强差;
(ii)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,求气泡的半径与其原来半径之比的近似值.
分析 (1)根据题给公式△p=$\frac{2σ}{r}$算在水下10m处气泡内外的压强差;
(2)先确定初末状态的p、V,根据玻意耳定律列方程,忽略很小量,求出气泡的半径与其原来半径之比的近似值
解答 解:(i)当气泡在水下h=10m处时,设其半径为${r}_{1}^{\;}$,气泡内外压强差为$△{p}_{1}^{\;}$,则
$△{p}_{1}^{\;}=\frac{2σ}{{r}_{1}^{\;}}$①
代入题给数据得$△{p}_{1}^{\;}=28{p}_{a}^{\;}$②
(ii)设气泡在水下10m处时,气泡内空气的压强为${p}_{1}^{\;}$,气泡体积为${V}_{1}^{\;}$;气泡到达水面附近时,气泡内空气的压强为${p}_{2}^{\;}$,内外压强差为$△{p}_{2}^{\;}$,其体积为${V}_{2}^{\;}$,半径为${r}_{2}^{\;}$.
气泡上升过程中温度不变,根据玻意耳定律有
${p}_{1}^{\;}{V}_{1}^{\;}={p}_{2}^{\;}{V}_{2}^{\;}$③
由力学平衡条件有
${p}_{1}^{\;}={p}_{0}^{\;}+ρgh+△{p}_{1}^{\;}$④
${p}_{2}^{\;}={p}_{0}^{\;}+△{p}_{2}^{\;}$⑤
气泡体积${V}_{1}^{\;}$和${V}_{2}^{\;}$分别为
${V}_{1}^{\;}=\frac{4}{3}π{r}_{1}^{3}$⑥
${V}_{2}^{\;}=\frac{4}{3}π{r}_{2}^{3}$⑦
联立③④⑤⑥⑦式得
$(\frac{{r}_{1}^{\;}}{{r}_{2}^{\;}})_{\;}^{3}=\frac{{p}_{0}^{\;}+△{p}_{2}^{\;}}{ρgh+{p}_{0}^{\;}+△{p}_{1}^{\;}}$⑧
由$△{p}_{i}^{\;}<<{p}_{0}^{\;},i=1,2$,故可略去⑧式中的$△{p}_{i}^{\;}$项,代入题给数据得
$\frac{{r}_{2}^{\;}}{{r}_{1}^{\;}}=\root{3}{2}≈1.3$
答:(i)在水下10m处气泡内外的压强差28Pa;
(ii)忽略水温随水深的变化,在气泡上升到十分接近水面时,气泡的半径与其原来半径之比的近似值1.3
点评 本题题型新颖,有创意,考查了考生获取新知的能力,对玻意耳定律考查有了创新,平时复习要注重多训练,在高考中才能灵活应用.
| A. | $\frac{ω}{3B}$ | B. | $\frac{ω}{2B}$ | C. | $\frac{ω}{B}$ | D. | $\frac{2ω}{B}$ |
| A. | 氢原子第n能级的能量为En=$\frac{E_1}{n^2}$,其中E1为基态能量.当氢原子由第4能级跃迁到第2能级时,发出光子的频率为ν1;若氢原子由第2能级跃迁到基态,发出光子的频率为ν2,则ν1:ν2=2:1 | |
| B. | 两种光子的能量之比为2:1,它们都能使某种金属发生光电效应,且所产生的光子最大初动能分别为EA、EB.则该金属的逸出功为EA-2EB | |
| C. | ${\;}_{92}^{235}$U经过m次α衰变和n次β衰变,变成${\;}_{82}^{207}$Pb,则m=7,n=3 | |
| D. | 已知处于基态氢原子的能量为E1(E1<0),电子质量为m,基态氢原子中的电子吸收一频率为ν的光子被电离后,电子速度大小为$\sqrt{\frac{2(hv+{E}_{1})}{m}}$(普朗克常量为h) | |
| E. | 各种气体原子的能级不同,跃迁时发射光子的能量(频率)不同,因此利用不同的气体可以制成五颜六色的霓虹灯 |
| A. | P、4P | B. | 9P、36P | C. | $\frac{4}{9}$P、4P | D. | $\frac{9}{25}$P、$\frac{36}{25}$P |
| A. | 小灯泡变暗 | B. | 小灯泡变亮 | ||
| C. | 原、副线圈两段电压的比值不变 | D. | 通过原、副线圈电流的比值不变 |
| A. | 电磁波在真空中以光速C传播 | B. | 在空气中传播的声波是横波 | ||
| C. | 声波只能在空气中传播 | D. | 光需要介质才能传播 |
| A. | 在0~5s内做加速度增大的加速运动,5s~25s内做加速度减小的加速运动 | |
| B. | 在0~25s内行驶的路程为337.5m | |
| C. | 保持25s时的机械功率不变,其最大速度为30m/s | |
| D. | 最大续航里程约为2.6×102km |