问题
计算题
一根两端开口、粗细均匀的长直玻璃管横截面积为S=2×10-3m2,竖直插入水面足够宽广的水中。管中有一个质量为m=0.4kg的密闭活塞,封闭一段长度为L0=66cm的气体,气体温度T0=300K,如图所示。开始时,活塞处于静止状态,不计活塞与管壁间的摩擦。外界大气压强P0=1.0×105Pa,水的密度ρ=1.0×103kg/m3。试问:
(1)开始时封闭气体的压强多大?
(2)现保持管内封闭气体温度不变,用竖直向上的力F缓慢地拉动活塞。当活塞上升到某一位置时停止移动,此时F=6.0N,则这时管内外水面高度差为多少?管内气柱长度多大?
(3)再将活塞固定住,改变管内气体的温度,使管内外水面相平,此时气体的温度是多少?
答案
解:(1)当活塞静止时,
(2)当F=6.0N时,有
管内外液面的高度差
由玻意耳定律:P1L1S=P2L2S
空气柱长度:
(3)P3=P0=1.0×105Pa,L3=68+10=78cm,T2=T1
由气态方程:
气体温度变为: