高考物理：气体实验定律的应用

高考物理：气体实验定律的应用

1．如图5所示，足够长的圆柱形汽缸竖直放置，其横截面积为S＝1×103 m2，汽缸内有质量m＝2 kg的活塞，活塞与汽缸壁封闭良好，不计摩擦．开始时活塞被销子K销于如图位置，离缸底高度L1＝12 cm，此时汽缸内被封闭气体的压强p1＝1.5×105 Pa，温度T1＝300 K，外界大气压p0＝1.0×105 Pa，g＝10 m/s2.

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图5

(1)现对密闭气体加热，当温度升到T2＝400 K．其压强p2多大？

(2)若在此时拔去销子K，活塞开始向上运动，当它最后静止在某一位置时，汽缸内气体的温度降为T3＝360 K，则这时活塞离缸底的距离L3为多少？

(3)保持气体温度为360 K不变，让汽缸和活塞一起在竖直方向做匀变速直线运动，为使活塞能停留在离缸底L4＝16 cm处，则求汽缸和活塞应做匀加速直线运动的加速度a的大小及方向．

答案 (1)2.0×105 Pa (2)18 cm (3)7.5 m/s2，方向向上 p1p2

解析 (1)等容变化：＝，解得p2＝2.0×105 Pa

T1T2(2)活塞受力平衡，故封闭气体压强 mg

p3＝p0＋＝1.2×105 Pa

S根据理想气体状态方程，有

p2V2p3V3

＝，又V2＝L1S，V3＝L3S，解得：L3＝18 cm T2T3

(3)等温变化：p3V3＝p4V4，解得p4＝1.35×105 Pa 应向上做匀加速直线运动

对活塞，由牛顿第二定律：p4S－p0S－mg＝ma 解得：a＝7.5 m/s2.

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