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12分)一足够高的直立气缸上端开口,用一个厚度不计的活塞封闭了一段高为80cm的气柱,活塞的横截面积为0.01m2,活塞与气缸间的摩擦不计,气缸侧壁通过一个支口与U形管相连,支口离气缸底部的高度为70cm,支口内及U形管内的气体体积忽略不计。已知图示状态时气体的温度为7℃U形管内水银面的高度差h15cm,大气压强p01.0×105Pa保持不变,水银的密度ρ13.6×103kg/m3。求:

1)活塞的重力;

2)现在活塞上添加沙粒,同时对气缸内的气体加热,始终保持活塞的高度不变,此过程缓慢进行,当气体的温度升高到37℃时,U形管内水银面的高度差变为多少?

3)保持上题中的沙粒质量不变,让气缸内的气体逐渐冷却,那么当气体的温度至少降为多少时,U形管内的水银面变为一样高?

答案

解析

1p0= p0ρgh1 .G活塞=ρghS=13.6×103×10×0.05×0.01N=68(N)

2)因为活塞的位置保持不变,所以气缸内的气体作等容变化。

=可得:

h2=0.134m

3)气体温度下降时,气体的体积会减小,当活塞向下移动到支口下方时,U形管的两臂均与大气相通,两侧液面变为一样高,在此之前气缸内的气体作等压变化。

根据

可得:

t3= -1.75

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