内径均匀的U型细玻璃管一端封闭,如图所示,AB段长30mm,BC段长10mm,CD段长40mm,DE段充满水银,DE=560mm,AD段充满空气,外界大气压p0
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内径均匀的U型细玻璃管一端封闭,如图所示,AB段长30mm,BC段长10mm,CD段长40mm,DE段充满水银,DE=560mm,AD段充满空气,外界大气压p0
题型:不详
难度:
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内径均匀的U型细玻璃管一端封闭,如图所示,AB段长30mm,BC段长10mm,CD段长40mm,DE段充满水银,DE=560mm,AD段充满空气,外界大气压p
0
=1,01325×10
5
Pa=760mmHg,现迅速从E向上截去400mm,长玻璃管,平衡后管内空气柱的长度多大?
答案
182.3mm
解析
【错解分析】错解:当从下面截去400mm后,空气柱的压强变了,压强增大,在等温条件下,体积减小,根据玻意耳定律。
初态:p
1
=(760-560)=200mmHg V
1
=(300+100+400)S=800S(mm3)
末态:p
2
=(760-160)=600(mmHg)
解得:l
2
=267mm 即空气柱的长度为267mm。
上述解答看起来没有什么问题,实际上,稍微思考一下,就会发现,答案不合理。因为解答结果认为空气柱的长度267mm,而AB段的总长度为300mm,这样就意味着水银柱可能进入AB管,而如果水银进入横着的BC管,压强就不再是(760-160)=600mmHg,因此,答案就不对了。
【正解】首先需要判断一下水银柱截去后剩余的水银柱会停留在什么地方。
(1)是否会停留在右侧竖直管内。由前面的分析可知是不可能的。
(2)是否会有部分水银柱留在竖直CE管中,即如图所示情况,由玻意耳定律可知
200×800S=(760-x)[300+100-(160-x)]S
160000=(760-x)(240+x)
解得:x
1
=40cm
x
2
=560mm
两个答案均与所设不符,所以这种情况也是不可能的。
(3)是否会出现水银柱充满BC管的情况,如图所示。
由玻意耳定律可知:
200×800S=(760+60)·l
2
·S
解得l
2
=195mm结果明显与实际不符,若真能出现上述情况,从几何关系很容易就可以知道l
2
=240mm,可见这种情况是不可能的。
(4)设水银柱部分进入BA管,部分留在BC管中,如图所示。
由玻意耳定律可知
200×800S=[760+(300-l
2
)]·l
2
S
解得
因此,本题的正确答案是:平衡后管内空气柱的长度为182.3mm。
【点评】通过本题的分析解答可看出,对于一个具体的物理问题,不能仅观注已知的数据,更要对题目所述的物理过程进行全面的分析,以确定出问题的真实物理过程。同时可以看到,真实物理过程的判断,又是以具体的已知条件及相应的物理规律为基础的,而不是“想当然”地捏造物理过程。
举一反三
容积V=201的钢瓶充满氧气后,压强为p=30个大气压,打开钢瓶阀门,让氧气分装到容积为V"=51的小瓶子中去。若小瓶子已抽成真空,分装到小瓶中的氧气压强均为P"=2个大气压。在分装过程中无漏气现象,且温度保持不变,那么最多可能装的瓶数是:
A.4瓶
B.50瓶
C.56瓶
D.60瓶
题型:不详
难度:
|
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如图所示,竖直放置的气缸内有一可作无摩擦滑动的活塞,活塞面积为2.0×10
-3
m
2
,活塞质量可忽略,气缸内封闭一定质量的气体,气体体积为
V
,温度是27℃,大气压强为1.0×10
5
Pa。
问:
(1)在活塞上放一个质量为多少kg的砝码,使气缸内气体的体积为原来体积的4/5;
(2)要使体积恢复到
V
,应使气体温度升高到多少摄氏度?
题型:不详
难度:
|
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一足够高的内壁光滑的导热气缸竖直地浸在盛有冰水混合物(即0
0
C)的水槽中,用不计质量的活塞封闭了一定质量的理想气体,如图所示.开始时,气体的体积为2.0×10
-
3
m
3
,现缓慢地在活塞上倒上一定量的细沙,活塞静止时气体的体积恰好变为原来的一半,然后将气缸移出水槽,缓慢加热,使气体温度变为137℃(大气压强为1.0×10
5
Pa).
(1)求气缸内气体最终的压强和体积;
(2)在p-V图上画出整个过程中气缸内气体的状态变化(用箭头在图线上标出状态变化的方向).
题型:不详
难度:
|
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如下左图所示,一个上下都与大气相通的直圆筒,内部横截面的面积S=0.01m
2
,中间用两个活塞A与B封住一定质量的理想气体,A、B都可沿圆筒无摩擦地上、下滑动,但不漏气,A的质量可不计、B的质量为M,并与一倔强系数k=5×10
3
N/m的较长的弹簧相连。已知大气压强p
0
=1×10
5
Pa,平衡时,两活塞间的距离l
0
=0.6m。现用力压A,使之缓慢向下移动一定距离后,保持平衡。此时,用于压A的力F=500N。求活塞A向下移的距离。(假定气体温度保持不变。)
题型:不详
难度:
|
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一端封闭一端开口,内径均匀的直玻璃管注入一段水银柱,当管水平放置静止时,封闭端A空气柱长12cm,开口端B空气柱长12cm,如图所示。若将管缓慢转到竖直位置,此时A空气柱长度为15cm,然后把管竖直插入水银槽内,最后稳定时管中封闭端空气柱A长仍为12cm,(设大气压强为1.0×10
5
Pa=75cmHg,整个过程中温度保持不变),则
(1)管中水银柱的长度L为多少cm?
(2)最后稳定时B空气柱的长度l
B2
为多少cm?
题型:不详
难度:
|
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