3.如圖甲所示,一端開口導熱良好的氣缸放置在水平平臺上,活塞質(zhì)量為l0kg,橫截面積為50cm2,氣缸全長20cm,氣缸質(zhì)量20kg,大氣壓強為1×105Pa,當環(huán)境溫度為7℃時,活塞封閉的氣柱長8cm;現(xiàn)將氣缸倒過來豎直懸掛在天花板上,如圖乙所示g取10m/s2
    ①求穩(wěn)定后,氣缸內(nèi)的氣柱長;
    ②從氣缸被豎直懸掛在天花板上,到活塞下降并達到穩(wěn)定的過程中,判斷氣缸內(nèi)氣體是吸熱還是放熱;
    ③如圖丙,將氣缸放在光滑水平地面上,用力F推活塞,氣缸與活塞一起穩(wěn)定運動的加速度a=5m/s2,求此時氣缸內(nèi)的氣柱長.

分析 ①以活塞為研究對象,根據(jù)平衡條件分別求出初態(tài)和末態(tài)氣缸內(nèi)封閉氣體的壓強,再根據(jù)玻意耳定律求解.
②氣缸倒置過程中,氣缸內(nèi)氣體體積變大,對外做功,溫度不變,氣體內(nèi)能不變,根據(jù)熱力學第一定律分析即可.
③由牛頓第二定律求出封閉氣體的壓強,然后應用玻意耳定律求出空氣柱的長度.

解答 解:①設氣缸倒置前后被封閉的氣體的壓強分別為p1和p2,氣柱體積分別為V1和V2,則
p1=p0+$\frac{mg}{S}$=1.2×105Pa,V1=L1S=8S,
p2=p0-$\frac{mg}{S}$=0.8×105Pa,V2=L2S,
因為氣缸導熱良好,則氣缸倒置前后溫度不變,由玻意耳定律得:p1V1=p2V2
代入數(shù)據(jù)解得:L2=12cm;
②氣缸倒置過程中,氣缸內(nèi)氣體體積變大,對外做功,而氣體的溫度不變,內(nèi)能不變,所以根據(jù)熱力學第一定律可知氣缸內(nèi)氣體吸熱.
③對氣缸整體,由牛頓第二定律得:F=Ma,F(xiàn)=(p3-p0)S,
氣體發(fā)生等溫變化,由玻意耳定律得:p1L1S=p3L3S,
代入數(shù)據(jù)解得:L3=8cm;
答:①穩(wěn)定后,氣缸內(nèi)的氣柱長度為12cm;
②從氣缸被豎直懸掛在天花板上,到活塞下降并達到穩(wěn)定的過程中,氣缸內(nèi)氣體吸熱;
③此時氣缸內(nèi)的氣柱長為8cm.

點評 對于氣體問題,往往是力學知識、氣態(tài)方程和熱力學第一定律的結(jié)合,要知道一定質(zhì)量的理想氣體的內(nèi)能只跟溫度有關.

練習冊系列答案
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16.如圖所示,x軸在水平地面內(nèi),y軸沿豎直方向.圖中畫出了從y軸上沿x軸正向拋出的三個小球a、b和c的運動軌跡,其中b和c是從同一點拋出的.不計空氣阻力,則 ( 。
A.a在空中運動的時間比b的長B.b和c在空中運動的時間相同
C.a的初速度比b的大D.b的初速度比c的大

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14.質(zhì)量為10kg的物體位于光滑水平面上,同時受到三個水平共點力F1、F2和F3作用,其大小分別為F1=42N、F2=28N、F3=20N,且F2的方向指向正北,下列說法中正確的是(  )
A.物體一定處于靜止狀態(tài)
B.物體一定處于勻速直線運動狀態(tài)
C.若物體處于靜止狀態(tài),則F1、F3的合力大小一定為28N,方向指向正南
D.若物體處于勻加速直線運動狀態(tài),則最大加速度為9m/s2,方向指向正北

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11.某實驗小組采用如圖1所示的裝置探究功與速度變化的關系,小車在橡皮筋的作用下彈出后,沿木板滑行.打點計時器工作頻率為50Hz.
①實驗中木板略微傾斜,這樣做CD;
A.是為了使釋放小車后,小車能勻加速下滑
B.是為了增大小車下滑的加速度
C.可使得橡皮筋做的功等于合力對小車做的功
D.可使得橡皮筋松弛后小車做勻速運動
②實驗中先后用同樣的橡皮筋1條、2條、3條…,并起來掛在小車的前端進行多次實驗,每次都要把小車拉到同一位置再釋放小車.把第1次只掛1條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功記為W1,第二次掛2條橡皮筋時橡皮筋對小車做的功為2W1,…;橡皮筋對小車做功后而使小車獲得的速度可由打點計時器打出的紙帶測出.根據(jù)第四次的紙帶(如圖2所示)求得小車獲得的速度為2 m/s.
③若根據(jù)多次測量數(shù)據(jù)畫出的W-v草圖如圖3所示,根據(jù)圖線形狀,可知對W與v的關系做出的猜想肯定不正確的是AB.
A.W∝$\sqrt{v}$        B.W∝$\frac{1}{v}$         C.W∝v2         D.W∝v3
④如果W∝v2的猜想是正確的,則畫出的W-v2圖象應是:一條過原點的直線
⑤在本實驗中你認為影響實驗效果的可能原因是木板的傾斜程度影響了小車所受的摩擦力的大。ㄖ灰卮鸪鲆环N原因即可)

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18.利用霍爾效應制作的霍爾元件,廣泛應用于測量和自動控制等領域,如圖是霍爾元件的工作原理示意圖,磁感應強度B垂直于霍爾元件的工作而向下,通入圖示方向的電流I,C、D兩側(cè)面會形成電勢差UCD,下列說法中正確的是(  )
A.電勢差UCD與村料有關
B.若霍爾元件的載流子是自由電子,則電勢差UCD>0
C.僅增大磁感應強度時,電勢差UCD不變
D.在測定地球赤道上方的地磁場強弱時,元件的工作面應保持豎直

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8.如圖所示,跳起摸高是中學生常進行的一項體育運動,當某同學起跳摸高到達最高點時(  )
A.速度為零,加速度也為零B.速度為零,加速度不為零
C.加速度為零,速度方向豎直向下D.速度和加速度方向都向下

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15.一條東西流向的河流,寬度為100m,水流速度為2m/s,船在靜水中的速度為5m/s,小船欲從河的南岸到北岸.關于小船過河,下列判斷正確的是( 。
A.所需的最短時間是20s
B.要使位移最短,船頭應始終垂直河岸
C.要使位移最短,所需時間是50s
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12.一小船渡河,已知河寬為600m,船在靜水中的速度為6m/s,河水的流速為8m/s,則( 。
A.船渡河的最短路程為600m
B.船渡河的最短時間為100s
C.要使船以最短路程渡河,船在行駛過程中,船頭必須與河岸垂直
D.船在行駛過程中,河水的流速突然增大,船渡河的最短時間將變短

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13.如圖所示,甲圖為某一簡譜波在t=0時刻的波形圖,乙圖為該波上的P點(未在甲圖中標出)的振動圖象,則下列判斷正確的是( 。
A.該列波的周期為4s
B.該列波的波長為4m
C.該列波的波速為4m/s
D.若P點的坐標為xp=2m,則該列波沿x軸負方向傳播
E.若P點的坐標為xp=4m,則該列波沿x軸負方向傳播

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