2021版高考物理一轮复习热学第2讲固体液体与气体创新练2含解析选修3-3_第1页
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PAGE3-固体、液体与气体3.如图所示,粗细均匀的薄壁U形玻璃管竖直放置,导热良好,左管上端封闭,封口处有段水银柱1,右管上端开口且足够长,另有两段水银柱2、3封闭了A、B两部分理想气体,外界大气压强恒为p0=75cmHg。开始时,三段水银柱长均为10cm,A气柱长为20cm,B气柱长为10cm,气柱A和水银柱2各有一半长度在水平部分,现保持环境温度不变,(1)在右管中注入水银前,水银柱1对玻璃管封口的压强。(2)水银柱2在竖直管中的水银刚好全部压入水平管中时,注入右管中水银柱的长度。【解析】(1)气柱B的压强为:pB=p0+hcmHg=85cmHg根据同一深度压强相等,有:pA=pB+h2解得:pA=90cmHg则水银柱1对玻璃管封口的压强为:p=pA-hcmHg=80cmHg(2)以气柱A为研究对象,由玻意耳定律得:pAlAS=pA′lA′S解得:pA′=120cmHg设注入的水银柱长度为x,有:pA′=p0+(x+h)cmHg解得:x=35答案:(1)80cmHg(2)35【补偿训练】如图所示,一细U形管两端均开口,用两段水银柱封闭了一段空气柱在管的底部,初始状态气体温度为T1=280K,各段的长度分别为L1=20cm,L2=1510cm,h1=4cm,h2=20cm;现使气体温度缓慢升高。(大气压强为p(1)若当气体温度升高到T2时,右侧水银柱开始全部进入竖直管,求此时左侧水银柱竖直部分有多高?并求出此时管底气柱的长L1′。(2)求第一问中的温度T2等于多少开尔文。(3)在T2的基础上继续升温至T3时,右侧水银柱变成与管口相平,求T3等于多少开尔文。【解题指南】(1)(2)由于U形管的两侧开口,根据液体产生的压强的特点可知,两侧的水银柱对液体产生相等的压强,则两侧的水银柱的高度始终是相等的,当右侧的水银柱全部进入右侧竖管时,左侧的水银柱的高度与右侧是相等的。此时两侧水银柱的高度都是h1+L3,结合几何关系求出气柱的长度,由理想气体的状态方程即可求出。(3)水银柱全部进入右管后,产生的压强不再增大,所以左侧的水银柱不动,气体做等压变化,由盖-吕萨克定律即可求出。【解析】(1)(2)设U形管的横截面积是S,以封闭气体为研究对象,其初状态:p1=p0+h1=76cmHg+4cmHg=80cmHg,V1=L1S=20S,当右侧的水银全部进入竖管时,水银柱的高度:h=h1+L3=4cm+10cm=14cm,此时左侧竖管中的水银柱也是14cm。气体的状态参量:p2=p0+h=76cmHg+14cmHg=90cmHg,V2=L1S+2L3S=20S+2×10S=40S,即此时管底气柱的长40cm,由理想气体的状态方程得:p1V1代入数据得:T2=630K。(3)水银柱全部进入右管后,产生的压强不再增大,所以左侧的水银柱不动,右侧水银柱与管口相平时,气体的体积:V3=L1S+L3S+h2S=20S+10S+20S=50S,由

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