高中物理竞赛热学模拟试题及答案

高中物理竞赛热学模拟试题及答案

1、某水银气压计的玻璃管顶端高出水银槽液面1m 。如图所示，因上部混入少量空气，使其读数不准。当气温为27ºC ，标准气压计读数仍为76cmHg 时，该气压计读数为70cmHg 。

（1）在相同气温下，若用该气压计测量气压，测得读数为68cmHg ，则实际气压应为多少厘米汞柱？

（2）若在气温为-3ºC 时，用该气压计测得气压读数仍为70cmHg ，则实际气压应为多少厘米汞柱？

解：（1）以混入气压计内气体为研究对象，因温度不变，有

，

，

实际气压

（2）因体积不变，有

， ，

则

实际气压

2、在两端开口的竖直放置的U 型管中注入水银，水银柱的全长为h,若把管的右端封闭，被封闭的空气柱长L ，然后使水银柱作微小的振荡，设空气为理想气体，且认为水银振荡时右管内封闭气体经历的是准静态绝热过程，大气压强相当于h 0水银柱产生的压强，空气的绝热指数为γ。试求水银振动的周期T 2。已知对于理想气体的绝热过程有γPV =常数。

解：右端封闭后，随着水银柱的振荡，被封闭的空气经历绝热膨胀或绝热压缩过程；封闭端的空气与外界空气对水银柱压强差提供水银柱作微小振动的回复力，本题关注回复力的构成及所循规律。

1100V P V p =)(670760cmHg p =-=S S V 30)70100(0=-=S S V 32

)68100(1=-=)(6.73681cmHg p p =+=2200//T P T p =)(300272730K T =+=)(27032732K T =-=cmHg p 60=)(4.5300/27062

cmHg P =⨯=)(4.75702cmHg P P =+='

如图所示，A 、B 、C 分别表示水银柱处于平衡位置，达到振幅位置时和有一任意小位移y 时的3个状态。建立如图坐标，设水银柱位移为y 时，封闭气体的压强为y p ，

U 形管横截面积为S ，水银柱的总质量为m ，水银的密度为

ρ。

对被封闭气体的A 、C 状态由泊松方程可知：

γ

γ])[()(0S y L p LS p y +=

其中

00gh p ρ=

C 状态研究水银柱受到的回复力，回复力F 即由高度差为2y 的水银柱的重力、内外气体压力的合力提供，以位移y 方向为正，即为：

ySg S p p g m S p S p F y y ρ2)()(200--=∆--=

3、有一个两端开口、粗细均匀的U 型玻璃细管，放置在竖直平面内，处在压强为

的大气中，两个竖直支管的高

度均为h ，水平管的长度为2h ，玻璃细管的半径为r,r«h，今将水平管内灌满密度为ρ的水银，如图24-54（a ）所示。

1．如将U 型管两个竖直支管的开口分别封闭起来，使其管内空气压强均等于大气压强，问当U 型管向右作匀加速移动时，加速度应多大才能使水平管内水银柱长度稳

0p

定为。

2．如将其中一个竖直支管的开口封闭起来，使其管内气体压强为1atm ，问当U 型管绕以另一个竖直支管（开口的）为轴作匀速转动时，转数n 应为多大才能使水平管内水银柱长度稳定为。

（U 型管作以上运动时，均不考虑管内水银液面的倾斜）

解：1、当U 型管向右加速移动时，水平管内的水银柱将向左边的竖直支管中移动，其稳定的位置是留在水平管内的水银柱所受的水平方向的合力等于使其以恒定加速度a 向右运动时所需的力。由于竖直支管内空气在膨胀或压缩前后的温度相等，根据气态方程有

其运动方程为 由以上各式可得 2．当U 型管以开口的竖直支管为轴转动时，水平管内的水银柱将向封闭的竖直支管中移动，其稳定位置是水平管内的水银柱所受的水平方向的合力，正好等于这段水银柱作匀速圆周运动所需的向心力。由于封闭竖直支管内空

其运动方程为

h 3

5h 3

5

1p p B =a m S p p B A ⋅=-)()20/()49(0h gh p a ρρ+=0p p B =mR n R m S p p B A 2

2

2

4)(πω==-

4、在大气压下用电流加热1个绝热金属片，使其以恒定的功率P 获取电热，发现在一定的温度范围内金属绝对温度T 随时间t 的增长关系为

4/100)](1[)(t t a T t T -+=。其中T 0、a 、t 0均为常量。求该金属片的热容量C P 随温度T

变化的关系。

5、如图所示，截面均匀，下端A 封闭的细长试管AB 竖直放置，管下端A 内封有长为L 0的空气，管中间是长为4L 0的水银柱，管上端B 有长为L 0的空气。管中间有长为L=4L 0的水银柱管上端B 有长为L 0的空气。开始时，管上端B 与大气连通，大气压强为p 0=2ρgL ，其中ρ为水银密度。

（1）如果先将B 端封闭，再将试管缓慢转过180°，试问管中A 端空气柱长度L A 与B 端空气柱长度L B 各为多少 ？

（2）如果B 端始终与大气连通，不封闭，先将试管缓慢倒转

180°，再缓慢回转180°复原。试问最后管中A 端空气柱长度与B 端空气柱长度

各为多少L 0？

设倒转过程均在大气环境下进行，温度不变。 解：（1）倒转前后，对于A 、B 气体有

而 所以求得

'A L '

B L ()()B A B B A A L gL p L p L p L gL p L p ρρ+==+=0000,0004,2,2L L gL p L L L B A ===+ρ.63.0,37.100L L L L B A ==