活塞和汽缸问题

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9.(2011·上海高考真题)如图,绝热气缸 A 与导热气缸 B 均固定于地面,由刚性杆连接的绝热活塞与两气缸间均
无摩擦.两气缸内装有处于平衡状态的理想气体,开始时体积均为V0 、温度均为T0 .缓慢加热 A 中气体,停止加 热达到稳定后,A 中气体压强为原来的 1.2 倍.设环境温度始终保持不变,求气缸 A 中气体的体积VA 和温度TA .
xx-xx 学年高 x 年级
物理作业
总第(xx)期
课题:与汽缸和活塞有关的气体问题
命题人:xxx
校对人:Байду номын сангаасxx
姓名:
学号
座位
知识点 解决理想气体的基本思路 1. 选择某一段气体为研究对象 2. 分析这段气体初、末状态的压强、体积、温度
p1、V1、T1 P2、V2、T2
3. 对这段气体列理想气体状态方程: p1V1 p2V2
(I)使物块 A 刚开始移动时,气缸内的温度为多少 K; (II)使物块 B 刚开始移动时,气缸内的温度为多少 K. 17.(2018·安徽合肥市·高三一模)如图所示,长为 2L=20cm 内壁光滑的气缸放在水平面上,气缸和活塞气密性良 好且绝热,活塞的横截面积为 s=10cm2,活塞与墙壁之间连接一根劲度系数为 k= 50N/m 的轻弹簧.当缸内气体温度 为 T0=27℃时,活塞恰好位于气缸的中央位置,且轻弹簧处于原长状态.已知气缸与活塞的总质量为 M=4kg,气缸与
初始时,活塞位于缸口处,环境温度 t0 27C ,压强 p0 1.0 105 Pa 。
(1)若环境温度不变,缓慢向下推活塞,求 D 刚好被触发时,到缸底的距离; (2)若活塞固定在缸口位置,缓慢升高环境温度,求 D 刚好被触发时的环境温度。
2.(2012·海南高考真题)如图,一气缸水平固定在静止的小车上,一质量为 m、面积为 S 的活塞将一定量的气体封 闭在气缸内,平衡时活塞与气缸底相距 L.现让小车以一较小的水平恒定加速度向右运动,稳定时发现活塞相对于 气缸移动了距离 d.已知大气压强为 p0,不计气缸和活塞间的摩擦,且小车运动时,大气对活塞的压强仍可视为 p0, 整个过程中温度保持不变.求小车的加速度的大小.
6.(2019·全国高考真题)如图,一容器由横截面积分别为 2S 和 S 的两个汽缸连通而成,容器平放在地面上,汽缸 内壁光滑.整个容器被通过刚性杆连接的两活塞分隔成三部分,分别充有氢气、空气和氮气.平衡时,氮气的压强 和体积分别为 p0 和 V0,氢气的体积为 2V0,空气的压强为 p.现缓慢地将中部的空气全部抽出,抽气过程中氢气和 氮气的温度保持不变,活塞没有到达两汽缸的连接处,求:
(i)恒温热源的温度 T; (ii)重新达到平衡后左气缸中活塞上方气体的体积 Vx. 14.(2007·海南高考真题)如图,在大气中有一水平放置的固定圆筒,它由 a、b 和 c 三个粗细不同的部分连接而成 的,各部分的横截面积分别为 、 和 .已知大气压强为 po,温度为To.两活塞A和B用一根长为4l 的不 可伸长的轻线相连,把温度为 To 的空气密封在两活塞之间,此时两活塞的位置如图所示.现对被密封的气体加热, 使其温度缓慢上长升到T.若活塞与圆筒壁之间的摩擦可忽略,此时两活塞之间气体的压强可能为多少?
(1)抽气前氢气的压强; (2)抽气后氢气的压强和体积. 7.(2007·上海高考真题)如图所示,水平放置的汽缸内壁光滑,活塞厚度不计,在 A、B 两处设有限制装置,使活 塞只能在 A、B 之间运动,B 左面汽缸的容积为 V0,A、B 之间的容积为 0.1V0.开始时活塞在 B 处,缸内气体的压 强为 0.9p0(p0 为大气压强),温度为 297K,现缓慢加热汽缸内气体,直至 399.3K.求: (1)活塞刚离开 B 处时的温度 TB; (2)缸内气体最后的压强 p; (3)在右图中画出整个过程的 p-V 图线.
10.(2014·全国高考真题)如图所示,两气缸 AB 粗细均匀,等高且内壁光滑,其下部由体积可忽略的细管连通;A 的直径为 B 的 2 倍,A 上端封闭,B 上端与大气连通;两气缸除 A 顶部导热外,其余部分均绝热.两气缸中各有一 厚度可忽略的绝热轻活塞 a、b,活塞下方充有氮气,活塞 a 上方充有氧气;当大气压为 P0,外界和气缸内气体温
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3.(2015·全国高考真题)如图,一固定的竖直气缸有一大一小两个同轴圆筒组成,两圆筒中各有一个活塞,已知大
活塞的质量为 m1 2.50kg ,横截面积为 S1 80.0cm2 ,小活塞的质量为 m2 1.50kg ,横截面积为 S2 40.0cm2 ;
两活塞用刚性轻杆连接,间距保持为 l 40.0cm ,气缸外大气压强为 p 1.00105 Pa ,温度为T 303K .初始
8.(2014·海南高考真题)一竖直放置.缸壁光滑且导热的柱形气缸内盛有一定量的氮气,被活塞分割成Ⅰ.Ⅱ两部 分;达到平衡时,这两部分气体的体积相等,上部气体的压强为 ,如图(a)所示.若将气缸缓慢倒置,再次达 到平衡时,上下两部分气体体积之比为 3∶1,如图(b)所示.设外界温度不变.已知活塞面积为 S,重力加速度 大小为 g,求活塞的质量。
5.(2019·海南高考真题)如图,一封闭的圆柱形容器竖直放置在水平地面上,一重量不可忽略的光滑活塞将容器内
的理想气体分为 A、B 两部分,A 体积为VA 4.0 103 m3 ,压强为 pA 47cmHg ;B 体积为VB 6.0 103 m3 ,
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压强为 pB 52cmHg 。现将容器缓慢转至水平,气体温度保持不变,求此时 A、B 两部分气体的体积。
16.(2019·山西太原市·太原五中高考模拟)如图所示,固定在水平地面上的气缸,用一个不漏气的活塞封闭了一定 质量理想气体,活塞可以无摩擦地移动,活塞的面积 S=100 cm2.活塞与在另一水平平台上的物块 A 用水平轻杆连 接,在平台上有另一物块 B,A、B 的质量均为 m=12.5 kg,物块与平台间的动摩擦因数 μ=0.8,设最大静摩擦力等 于滑动摩擦力.两物块间距 d=5 c m.开始时活塞距缸底 L1=10cm,缸内气体压强 Pl 等于外界大气压强 P0,温度 t1=27℃.现对气缸内的气体缓慢加热.(P0=1.0×105Pa,g=10 m/s2)求:
水平面间的动摩擦因数为 0.2 ,大气压强为 p0 1105 Pa , 重力加速度为 g=10m/s2.现用电热丝对缸内气体缓慢
加热,当活塞移到气缸最右端时,缸内气温是多少?
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T1
T2
4. 若有多段气体,需要分别分析出各段气体的初、末状态的压强、体积、温度,并分别列理想气体状态方程。 5. 通过对连接气体的活塞受力分析来找出各段气体之间的压强关系。 如何分析某段气体的压强 1. 对研究对象进行整体隔离,单独对汽缸或活塞作受力分析
2. 通常情况下列受力平衡方程(有加速度的情况时,列牛顿第二定律方程: F合 ma )
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15.(2020·六盘山高级中学高三月考)如图所示,一个上下都与大气相通的直圆筒,内部横截面积为 S=0.01m2,中 间用两个活塞 A 和 B 封住一定质量的气体.A、B 都可沿圆筒无摩擦地上下滑动,且不漏气.A 的质量不计,B 的质 量为 M,并与一劲度系数为 k=5×103N/m 的较长的弹簧相连.已知大气压 p0=1×105Pa,平衡时两活塞之间的距离 l0=0.6m,现用力压 A,使之缓慢向下移动一段距离后保持平衡.此时用于压 A 的力 F=500N.求活塞 A 下移的距离.
A
B
对活塞 A 受力分析:(假设杆对活塞 A 的弹力水平向左)
P0S1=N+PS1 对活塞 B 受力分析:
两者联立有:
PS2+N=P0S2
解得: 方法二
P0(S1-S2)=P(S1-S2) P=P0
还可以把两活塞和杆看成一个整体,此时杆的弹力属于内力,可以不计。
有: 解得: 竖直放置:
P0S1+PS2=PS1+P0S2 P=P0
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12.(2013·上海高考真题)如图,柱形容器内用不漏气的轻质绝热活塞封闭一定量的理想气体,容器外包裹保温材 料.开始时活塞至容器底部的高度为 H1,容器内气体温度与外界温度相等.在活塞上逐步加上多个砝码后,活塞下 降到距容器底部 H2 处,气体温度升高了△ T;然后取走容器外的保温材料,活塞位置继续下降,最后静止于距容器 底部 H3 处:已知大气压强为 p0.求:气体最后的压强与温度.
把两活塞和杆看成一个整体,有:
P0S1+PS2+(M+m)g=P0S2+PS1
解得:
M mg
P P0 S1 S2
随堂练+作业
1.(2020·海南高考真题)如图,圆柱形导热气缸长 L0 60cm ,缸内用活塞(质量和厚度均不计)密闭了一定质
量的理想气体,缸底装有一个触发器 D,当缸内压强达到 p 1.5105 Pa 时,D 被触发,不计活塞与缸壁的摩擦。
度均为 7℃且平衡时,活塞 a 离气缸顶的距离是气缸高度的 1 ,活塞 b 在气缸的正中央. 4
①现通过电阻丝缓慢加热氮气,当活塞 b 恰好升至顶部时,求氮气的温度;
②继续缓慢加热,使活塞 a 上升,当活塞 a 上升的距离是气缸高度的 1 时,求氧气的压强. 16
11.(2015·上海高考真题)如图,气缸左右两侧气体由绝热活塞隔开,活塞与气缸光滑接触.初始时两侧气体均处 于平衡态,体积之比 V1:V2=1:2,温度之比 T1:T2=2:5.先保持右侧气体温度不变,升高左侧气体温度,使两侧气体 体积相同;然后使活塞导热,两侧气体最后达到平衡.求: (1)两侧气体体积相同时,左侧气体的温度与初始温度之比; (2)最后两侧气体的体积之比.
时大活塞与大圆筒底部相距
l 2
,两活塞间封闭气体的温度为 T1
495K
,现气缸内气体温度缓慢下降,活塞缓慢下
移,忽略两活塞与气缸壁之间的摩擦,重力加速度 g 取10m/s2 ,求:
(1)在大活塞与大圆筒底部接触前的瞬间,缸内封闭气体的温度; (2)缸内封闭的气体与缸外大气达到热平衡时,缸内封闭气体的压强. 4.(2017·全国高考真题)如图,容积均为 V 的汽缸 A、B 下端有细管(容积可忽略)连通,阀门 K2 位于细管的中 部,A、B 的顶部各有一阀门 K1、K3,B 中有一可自由滑动的活塞(质量、体积均可忽略)。初始时,三个阀门均打 开,活塞在 B 的底部;关闭 K2、K3,通过 K1 给汽缸充气,使 A 中气体的压强达到大气压 p0 的 3 倍后关闭 K1。已 知室温为 27℃,汽缸导热。 (1)打开 K2,求稳定时活塞上方气体的体积和压强; (2)接着打开 K3,求稳定时活塞的位置; (3)再缓慢加热汽缸内气体使其温度升高 20℃,求此时活塞下方气体的压强。
3. 注意汽缸外的大气压
模型 3. 对活塞受力分析有: p0S=p1S
模型 5
汽缸底部的横截面积为 S
对活塞受力分析有:
p1S cos p0S cos mg
cos
cos
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模型 7
水平放置:
活塞 A 质量为 M,横截面积为 S1,活塞 B 质量为 m,横截
面积为 S2,求封闭气体的压强。 方法一
13.(2013·全国高考真题)如图,两个侧壁绝热、顶部和底部都导热的相同气缸直立放置,气缸底部和顶部均有细 管连通,顶部的细管带有阀门 K,两气缸的容积均为 V0 气缸中各有一个绝热活塞(质量不同,厚度可忽略).开始 时 K 关闭,两活塞下方和右活塞上方充有气体(可视为理想气体),压强分别为 p0 和 p0/3;左活塞在气缸正中间, 其上方为真空;右活塞上方气体体积为 V0/4.现使气缸底与一恒温热源接触,平衡后左活塞升至气缸顶部,且与顶 部刚好没有接触;然后打开 K,经过一段时间,重新达到平衡.已知外界温度为 T0,不计活塞与气缸壁间的摩擦.求:
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