理想气体状态方程的综合应用.ppt

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1、理想气体状态方程的综合应用气体问题中，结合力学知识有两类典型的综合题，一是力平衡，二是加速运动．研究时，常需分别选取研究对象，沿着不同的线索考虑．对力学对象(如气缸、活塞、容器、水银滴等)需通过受力分析，列出平衡方程或牛顿运动方程；对气体对象，根据状态参量，列出气态方程(或用气体实验定律)．问题1：如图2-2-2所示，两个内径不同的圆筒组成一个气缸，里面各有一个活塞A、B．其横截面积分别为SA=10cm2和SB=4cm2．质量分别为mA=6kg，mB=4kg，它们之间用一质量不计的刚性细杆相连．两活塞均可在气缸内无摩擦滑动，但不漏气．在气温是-23℃时，用销子P把

2、活塞B锁住．此时缸内气体体积为300cm3，气压为1.0×105Pa．由于圆筒传热性好，经过一段时间，气体温度升至室温27℃，并保持不变，外界大气压P0=1.0×105Pa，此后将销子P拔去．求：（1）将销子P拔去时两活塞（含杆）的加速度；（2）活塞在各自圆筒范围内运动多大一段距离后，它们的速度可达最大值（设气体温度保持不变）？a=1.2m/s2，方向水平向左巩固练习：1、由两个传热性能很好的直径不同的圆筒组成的装置如图9-64所示．在两个圆筒内各有一个活塞，其截面积分别为SA=200cm2，SB=40cm2．两活塞可以分别在两圆筒内无磨擦地运动且不漏气，其间用长

3、l=99.9cm的硬质轻杆相连，两活塞外侧与大气相通，大气压强P0=105Pa．将两个圆筒水平固定后用水平力F=5000N向右作用在活塞A上，活塞B上不加外力，恰能使两活塞间气体都移到小圆筒中；若撤去活塞A上外力，在活塞B上加一水平向左外力F′，恰能将两活塞间气体都移到大圆筒中，求F′．2、如图2-4-7，气缸由两个横截面不同的圆筒连接而成，活塞A、B被轻质刚性细杆连接在一起，可无摩擦滑动．A、B的质量分别为mA=12kg，mB=8.0kg，横截面积分别为SA=4.0×10-2m2，SB=2.0×10-2m2．一定质量的理想气体被封闭在两活塞之间．活塞外侧大气压强

4、P0=1.0×105Pa.（1）气缸水平放置，求气体压强．（2）已知此时气体体积V1=2.0×10-2m3，现保持温度不变，将气缸竖直放置，达到平衡后，与水平放置相比，活塞在气缸内移动的距离l为多少？取重力加速度g=10m/s2．P=P0=1.0×105Pa3．如图8-21所示，由两个共轴的半径不同的圆筒联接成的汽缸竖直放置，活塞A、B的截面积SA、SB分别为20cm2、10cm2．在A、B之间封闭着一定质量的理想气体．今用长为2L的细线将A和B相连，它们可以在缸内无摩擦地上下活动．A的上方与B的下方与大气相通，大气压强为105Pa．（1）在图中所示位置，A、B处

5、于平衡，已知这时缸内气体的温度是600K，气体压强1.2×105Pa，活塞B的质量mB=1kg，g=10m/s2．求活塞A的质量mA．1kg②汽缸内气体的温度由600K缓慢地下降，活塞A、B将一起缓慢地下移．当A无法下移后，气温仍继续下降，直到A、B间的距离开始缩小为止．请分析在这过程中气体所经历的状态变化的情况，并求缸内气体的最低温度Tmin．300K问题2：两端开口向上的U形气缸内充有空气，在其筒口将质量相同的两个活塞用向上拉力使它们维持在同一高度h，左筒横截面积为2S，右筒及水平管横截面积均为S，底部长为3h，筒内空气压强等于大气压强P0，初始位置时，活塞下

6、表面与筒口平齐，求当活塞质量m为多少时，放开活塞后气缸中空气不会漏出？（不计活塞与筒壁的摩擦，且右筒活塞厚度大于水平管的直径，左筒活塞厚度略小于水平管的直径，筒内空气的温度保持不变．）巩固练习：1、如图9-62所示，一个圆筒内盛有水，上方有一活塞，活塞与水面间有高H=10cm的一段空气柱，活塞上面的大气压P0=75cmHg．一只管口朝下的小试管竖直插入水中，管底恰好和液面相平，管内有一段长h=3cm的空气柱．当把活塞慢慢提高5cm后，小试管露出水面多高？不计小试管体积对上部空气体积的影响和活塞重力．Δl=l-h′=(4.49-3)cm=1.49cm．2.一圆筒形汽

7、缸静置于地面上，如图17-1所示，汽缸筒的质量为M，活塞(连同手柄)的质量为m，汽缸内部截面积为S．大气压强为P0．平衡时汽缸内的容积为V．现用手握住活塞手柄缓慢向上提．设汽缸足够长，在整个上提过程中气体温度保持不变，并不计汽缸内气体的重力及活塞与汽缸壁间摩擦．求将汽缸刚提离地面时，活塞上升的距离．3.如图8－37所示，底面积为S=100cm2，深为h＝8cm的圆筒容器A，用一细管与容器B连接，K为开关，开始时，B为真空，A敞开，K关闭，一个重为600N的活塞，恰能封住容器A，并能在容器内无摩擦地滑动．设大气压强为1×105Pa，活塞厚度不计．(1)将活塞放在A的

8、开口端后放