热学专项——气缸模型.doc

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资源描述

1、2018高三物理考前40天专项冲刺1热学专项气缸模型班级: 姓名: 1如图内外壁均光滑的气缸放在倾角为=30的光滑斜面上,气缸内部用横截面积为S=1.010-2m2的光滑活塞封闭了一定质量的理想气体。活塞另一端通过轻杆固定在挡板上,此时气体温度为27,密闭气体的体积为2.010 -3 m3 ,压强为1.2P 0;已知气缸容积为V=3.010 -3 m3,外界大气压强P0=1.010 5Pa:对气体加热使温度达到57时,气缸沿斜面移动的距离?保持气体温度57 不变,用沿斜面向上的力 F,大小为 0.5倍的汽缸重量缓慢拉动气缸,则能否将气缸拉离活塞?2如图所示,某同学制作了一个简易的气温计,一导热

2、容器连接横截面积为S的长直管,用一滴水银封闭了一定质量的气体,当温度为T 0时水银滴停在O点,封闭气体的体积为V 0.大气压强不变,不计水银与管壁间的摩擦 设封闭气体某过程从外界吸收0.50 J的热量,内能增加0.35 J,求气体对外界做的功 若环境温度缓慢升高,求水银滴在直管内相对O 点移动的距离x随封闭气体热力学温度T的变化关系2018高三物理考前40天专项冲刺23如图所示,长为2L=20cm、内壁光滑的气缸放在水平面上,气缸和活塞气密性良好且绝热,活塞的横截面积为S=10cm 2,质量不计,活塞与墙壁之间连接一根劲度系数为k=50N/m 的轻弹簧。当缸内气体温度为T 0=27时,活塞恰好

3、位于气缸的中央位置,且轻弹簧处于原长状态。已知气缸与活塞的总质量为M=4kg,大气压强为p 0=1105Pa,重力加速度为g=10m/s 2。现用电热丝对缸内气体缓慢加热,假设在活塞移到气缸最右端的过程中气缸一直处于静止,活塞移到气缸最右端时缸内气温是多少?若活塞移到气缸最右端时,气缸恰好开始运动,求气缸与水平面间的动摩擦因数为多少?4如图所示,内壁光滑、截面积不相等的圆柱形气缸竖直放置,气缸上、下两部分的横截面积分别为2S和S.在气缸内有A、B两活塞封闭着一定质量的理想气体,两活塞用一根长为l的细轻杆连接,两活塞导热性能良好,并能在气缸内无摩擦地移动已知活塞A的质量是2m,活塞B的质量是m.

4、当外界大气压强为 p0、温度为T 0时,两活塞静止于如图所示位置若用一竖直向下的拉力作用在B上,使A、B一起由图示位置开始缓慢向下移动l/2的距离,又处于静止状态,求这时气缸内气体的压强及拉力F的大小设整个过程中气体温度不变2018高三物理考前40天专项冲刺35如图所示,一个足够长、两端开口且导热良好的圆筒固定竖立在宽旷的液面上。现有一质量为m的活塞封闭了一定量的理想气体。开始时,环境温度为T 0,大气压强为p 0,筒内气压p 1=1.2p0,筒内封闭气体的高度为h o。现环境温度缓慢上升至T 1,活塞与圆筒的摩擦忽略不计,设重力加速度为g。求活塞上升的距离;若T 1=1.5T0且以后保持不变

5、,在活塞上加一铁块,使活塞恰好回到原来的位置,此时筒内液面下降了h 0,求铁块的质量M。6如图所示,封闭有一定质量理想气体的汽缸开口向下竖直固定放置,活塞的截面积为S,质量为m 0,活塞通过轻绳连接了一个质量为 m的重物。若开始时汽缸内理想气体的温度为 T0,轻绳刚好伸直且对活塞无拉力作用,外界大气压强为p 0,一切摩擦均不计且m 0gp 0S。(1)求重物刚离地时汽缸内气体的压强;(2)若缓慢降低汽缸内气体的温度,最终使得汽缸内气体的体积减半,最终气体的温度为多少?2018高三物理考前40天专项冲刺47如图1所示,水平放置的汽缸内用活塞封闭一定质量的理想气体,气体的温度为17 ,活塞与汽缸底

6、的距离L 112 cm,离汽缸口的距离L 23 cm,将汽缸缓慢地转到开口向上的竖直位置,待稳定后对缸内气体逐渐加热,使活塞上表面刚好与汽缸口相平为止,如图2所示。已知g10 m/s2,大气压强为1.010 5 Pa,活塞的横截面积S100 cm 2,质量m 20 kg,活塞可沿汽缸壁无摩擦滑动但不漏气,求:()活塞上表面刚好与汽缸口相平时气体的温度为多少;()在对汽缸内气体逐渐加热的过程中,若气体吸收340 J 的热量,气体增加的内能为多少。8某兴趣小组受“蛟龙号”的启发,设计了一个测定水深的深度计。如图,导热性能良好的气缸I、II内径相同,长度均为 L,内部分别有轻质薄活塞 A、 B,活塞

7、密封性良好且可无摩擦左右滑动,气缸I左端开口。外界大气压强为 p0,气缸I内通过 A封有压强为 p0的气体,气缸II内通过 B封有压强为 2p0的气体,一细管连通两气缸,初始状态 A、 B均位于气缸最左端。该装置放入水下后,通过 A向右移动的距离可测定水的深度。已知 p0相当于10 m高的水产生的压强,不计水温变化,被封闭气体视为理想气体,求:(i)当 A向右移动 时,水的深度 h;(ii)该深度计能测量的最大水深 hm。4L2018高三物理考前40天专项冲刺5热学专项气缸模型 参考答案1 【解析】气体等压变化 ,V 1=2.210-3m3. 0T汽缸移动的距离为d= =210-2m 10VS

8、对汽缸初态P 1S= P0S+mgsin. 由玻意耳定律 P 1V1= P2V2 ,末态P 2S+F=P1S F=0.5mg . V2= =2.6410-3m3, V2V=3.010-3m3则汽缸不能拉离活塞. 102 由热力学第一定律有U QW代入数据得:W0.15 J所以气体对外做功为:WW0.15 J 气体做等压变化,由盖吕萨克定律有: , 解得: 0VxSTt0VTxS3 【解析】当活塞移到气缸最右端时(x=10cm),设缸内气体压强为p,则0pSkx以缸内气体为研究对象,初态压强 ,体积 ,温度501.Pa0VSL03TK活塞移到气缸最右端时,缸内气体体积为 ,设温度为T,根据理想气

9、体状态放出可得2VSL,解得T=630K;0PVT当活塞移到气缸最右端时,气缸恰好开始运动,则 ,则 ;kxMg0.1254.【解析】试题分析:以两活塞整体为研究对象,根据平衡条件求出压强,从而找出气缸内气体的初末状态,应用玻意耳定律即可解题。以两活塞整体为研究对象,原来气缸内气体压强为p 1,根据平衡条件有:p 0S3mgp 1S2018高三物理考前40天专项冲刺6解得: 103mgpS对气缸内气体,初态: ,V 12lS, 末态:p 2, V 2103gpS3lS根据玻意耳定律,有p 1V1p 2V2, 解得: 043mgS以两活塞整体为研究对象,根据平衡条件有:p 2SFp 0S3mg,

10、解得: 013FpSmg5.【解析】设活塞面积为S,升温后活塞与筒内液面的高度差为h 1,由盖吕萨克定律得: 上升的距离 由两式可得: 保持温度T 1=1.5T0不变,则 ;增加铁块稳定后,活塞与筒内液面新高度差h 2=h0,由玻意尔定律有:p 1h1S= p2h2S,解得 在加铁块前,对活塞受力分析有p 1S=mg+ p0S= 1.2p0S,即有mg= 0.2p0S加铁块后活塞重新平衡,有p 2S=mg+Mg+ p0S综合以上各式有M=1.2m6.【解析】当轻绳刚好伸直且无拉力时,设此时汽缸内气体的压强为 。1p由力的平衡条件可得: 010mgpS所以01pS当重物刚好离开地面时,设此时汽缸

11、内气体的压强为 ,则有2p200SmgpS所以02gpS设重物刚好离开地面时汽缸内气体的温度为 ,此过程气体发生等容变化,由查理定律可1T得 ,解得120T100mgTpS设气体体积减半时汽缸内气体的温度为 ,此过程气体发生等压变化,由盖-吕萨克定律可得2, 解得 。12VT2100gTTpSm2018高三物理考前40天专项冲刺77【解析】()当汽缸水平放置时,理想气体状态:p 01.010 5 Pa,V 0L 1S,T 0(27317)K当汽缸口朝上,活塞到达汽缸口时,对活塞受力分析可得,p 1Sp 0Smg则理想气体状态: ,V 1(L 1L 2)S10mgpS由理想气体状态方程得: 01

12、pT解得T 1435 K 。()当汽缸口开口向上,稳定但未加热时,由玻意耳定律得p 0L1Sp 1LS解得L10 cm加热后,气体做等压变化,外界对气体做功为Wp 0(L1L 2L )Smg(L 1L 2L) 60 J根据热力学第一定律UWQ ,得 U280 J。8.【解析】(i)当A向右移动 时,设B不移动4对I内气体,由玻意耳定律得: ,解得: 013pSL1043p而此时B中气体的压强为 ,故B 不动, 由 20gh解得:水的深度 103.hm(ii)该装置放入水下后,由于水的压力A向右移动,I 内气体压强逐渐增大,当压强增大到大于 后B开始向右移动,当A恰好移动到缸底时所测深度最大,此时原I内气体全部进入内02p,设B向右移动 x距离,两部分气体压强均为 2p对原I内气体,由玻意耳定律得: 0SLx对原II内气体,由玻意耳定律得: 2又 , 联立解得20mpghmh

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