题目内容

2.如图所示,一个壁厚可以不计,质量为M的汽缸放在一水平地面上,活塞的质量为m,面积为S,内部封有一定质量的气体,活塞不漏气,摩擦不计,外界大气压强为p0,若在活塞上加一水平向左的恒力F(不考虑气体温度的变化),求汽缸和活塞以共同加速度运动时,缸内气体的压强多大?

分析 先对汽缸和活塞整体分析,受重力、支持力和推力,根据牛顿第二定律列式求解加速度;再隔离活塞分析,受重力、支持力、推力、外界大气的压力和内部气体的向右的压力,根据牛顿第二定律再次列式.

解答 解:对汽缸和活塞整体,根据牛顿第二定律,有:F=(M+m)a;
对活塞,根据牛顿第二定律,有:P0S+F-PS=ma;
联立解得:P=P0+$\frac{F}{S}$-$\frac{ma}{(M+m)S}$;
答:汽缸和活塞以共同加速度运动时,缸内气体的压强为P0+$\frac{FM}{(M+m)S}$.

点评 本题关键是采用整体法和隔离法灵活选择研究对象进行受力分析,对活塞而言,内外压力差不为零,对整体而言,内外压力差为零.

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