(12分)一足夠高的直立氣缸上端開(kāi)口,用一個(gè)厚度不計(jì)的活塞封閉了一段高為80cm的氣柱,活塞的橫截面積為0.01m2,活塞與氣缸間的摩擦不計(jì),氣缸側(cè)壁通過(guò)一個(gè)支口與U形管相連,支口離氣缸底部的高度為70cm,支口內(nèi)及U形管內(nèi)的氣體體積忽略不計(jì)。已知圖示狀態(tài)時(shí)氣體的溫度為7℃,U形管內(nèi)水銀面的高度差h1為5cm,大氣壓強(qiáng)p0=1.0×105Pa保持不變,水銀的密度ρ=13.6×103kg/m3。求:
(1)活塞的重力;
(2)現(xiàn)在活塞上添加沙粒,同時(shí)對(duì)氣缸內(nèi)的氣體加熱,始終保持活塞的高度不變,此過(guò)程緩慢進(jìn)行,當(dāng)氣體的溫度升高到37℃時(shí),U形管內(nèi)水銀面的高度差變?yōu)槎嗌伲?/p>
(3)保持上題中的沙粒質(zhì)量不變,讓氣缸內(nèi)的氣體逐漸冷卻,那么當(dāng)氣體的溫度至少降為多少時(shí),U形管內(nèi)的水銀面變?yōu)橐粯痈撸?/p>
解析:
(1)p0+= p0+ρgh1 .G活塞=ρghS=13.6×103×10×0.05×0.01N=68(N)
(2)因?yàn)榛钊奈恢帽3植蛔�,所以氣缸�?nèi)的氣體作等容變化。
由=可得:
h2=0.134m
(3)氣體溫度下降時(shí),氣體的體積會(huì)減小,當(dāng)活塞向下移動(dòng)到支口下方時(shí),U形管的兩臂均與大氣相通,兩側(cè)液面變?yōu)橐粯痈撸诖酥皻飧變?nèi)的氣體作等壓變化。
根據(jù)
可得:
t3= -1.75℃
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