2021版高考物理一輪復(fù)習(xí)熱學(xué)第2講固體液體與氣體創(chuàng)新練2含解析選修3-3

PAGE3-固體、液體與氣體3.如圖所示,粗細(xì)均勻的薄壁U形玻璃管豎直放置,導(dǎo)熱良好,左管上端封閉,封口處有段水銀柱1,右管上端開口且足夠長,另有兩段水銀柱2、3封閉了A、B兩部分理想氣體,外界大氣壓強恒為p0=75cmHg。開始時,三段水銀柱長均為10cm,A氣柱長為20cm,B氣柱長為10cm,氣柱A和水銀柱2各有一半長度在水平部分,現(xiàn)保持環(huán)境溫度不變,(1)在右管中注入水銀前,水銀柱1對玻璃管封口的壓強。(2)水銀柱2在豎直管中的水銀剛好全部壓入水平管中時,注入右管中水銀柱的長度?！窘馕觥?1)氣柱B的壓強為:pB=p0+hcmHg=85cmHg根據(jù)同一深度壓強相等,有:pA=pB+h2解得:pA=90cmHg則水銀柱1對玻璃管封口的壓強為:p=pA-hcmHg=80cmHg(2)以氣柱A為研究對象,由玻意耳定律得:pAlAS=pA′lA′S解得:pA′=120cmHg設(shè)注入的水銀柱長度為x,有:pA′=p0+(x+h)cmHg解得:x=35答案:(1)80cmHg(2)35【補償訓(xùn)練】如圖所示,一細(xì)U形管兩端均開口,用兩段水銀柱封閉了一段空氣柱在管的底部,初始狀態(tài)氣體溫度為T1=280K,各段的長度分別為L1=20cm,L2=1510cm,h1=4cm,h2=20cm;現(xiàn)使氣體溫度緩慢升高。(大氣壓強為p(1)若當(dāng)氣體溫度升高到T2時,右側(cè)水銀柱開始全部進(jìn)入豎直管,求此時左側(cè)水銀柱豎直部分有多高?并求出此時管底氣柱的長L1′。(2)求第一問中的溫度T2等于多少開爾文。(3)在T2的基礎(chǔ)上繼續(xù)升溫至T3時,右側(cè)水銀柱變成與管口相平,求T3等于多少開爾文。【解題指南】(1)(2)由于U形管的兩側(cè)開口,根據(jù)液體產(chǎn)生的壓強的特點可知,兩側(cè)的水銀柱對液體產(chǎn)生相等的壓強,則兩側(cè)的水銀柱的高度始終是相等的,當(dāng)右側(cè)的水銀柱全部進(jìn)入右側(cè)豎管時,左側(cè)的水銀柱的高度與右側(cè)是相等的。此時兩側(cè)水銀柱的高度都是h1+L3,結(jié)合幾何關(guān)系求出氣柱的長度,由理想氣體的狀態(tài)方程即可求出。(3)水銀柱全部進(jìn)入右管后,產(chǎn)生的壓強不再增大,所以左側(cè)的水銀柱不動,氣體做等壓變化,由蓋-呂薩克定律即可求出?！窘馕觥?1)(2)設(shè)U形管的橫截面積是S,以封閉氣體為研究對象,其初狀態(tài):p1=p0+h1=76cmHg+4cmHg=80cmHg,V1=L1S=20S,當(dāng)右側(cè)的水銀全部進(jìn)入豎管時,水銀柱的高度:h=h1+L3=4cm+10cm=14cm,此時左側(cè)豎管中的水銀柱也是14cm。氣體的狀態(tài)參量:p2=p0+h=76cmHg+14cmHg=90cmHg,V2=L1S+2L3S=20S+2×10S=40S,即此時管底氣柱的長40cm,由理想氣體的狀態(tài)方程得:p1V1代入數(shù)據(jù)得:T2=630K。(3)水銀柱全部進(jìn)入右管后,產(chǎn)生的壓強不再增大,所以左側(cè)的水銀柱不動,右側(cè)水銀柱與管口相平時,氣體的體積:V3=L1S+L3S+h2S=20S+10S+20S=50S,由