综合题10.0分
物理

如图所示,U形管两臂粗细不等,开口向上,右端封闭的粗管横截面积是开口的细管的三倍,管中装入水银,大气压为76cmHg。左端开口管中水银面到管口距离为11cm,且水银面比封闭管内高4cm,封闭管内空气柱长为11cm。现在开口端用小活塞封住,并缓慢推动活塞,使两管液面相平,推动过程中两管的气体温度始终不变,试求:

(1).粗管中气体的最终压强;

(2).活塞推动的距离。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

设左管横截面积为S,则右管横截面积为3S,以右管封闭气体为研究对象.初状态p1=80 cmHg,

V1=11×3S=33S,两管液面相平时,Sh1=3Sh2h1h2=4 cm,解得h2=1 cm,此时右端封闭管内空气柱长l=10 cm,

V2=10×3S=30S

气体做等温变化有p1V1p2V2

即80×33Sp2×30S

p2=88cmHg.

考查方向

本题主要考查了理想气体的状态方程

解题思路

以粗管封闭气体为研究对象,气体发生等温变化,根据理想气体状态方程可求得最终压强;

再以左管气体为研究对象,气体发生等温变化,根据理想气体状态方程可求得气体体积,从而可得活塞推动的距离.

易错点

本题关键确定封闭气体的初末状态的气压、温度、体积,然后结合理想气体状态方程列式后联立求解

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

见解析

解析

以左管被活塞封闭气体为研究对象

p1′=76 cmHg,V1′=11Sp2p2′=88 cmHg

气体做等温变化有p1V1′=p2V2

解得V2′=9.5S

活塞推动的距离为L=11 cm+3 cm-9.5 cm=4.5cm

考查方向

本题主要考查了理想气体的状态方程

解题思路

以粗管封闭气体为研究对象,气体发生等温变化,根据理想气体状态方程可求得最终压强;

再以左管气体为研究对象,气体发生等温变化,根据理想气体状态方程可求得气体体积,从而可得活塞推动的距离.

易错点

本题关键确定封闭气体的初末状态的气压、温度、体积,然后结合理想气体状态方程列式后联立求解