地面上水平放置一个足够长的容器连同封闭在内的气体质量为M=9.0kg,制成容器的材料导热性能良好,与地面间的动摩擦因数为

地面上水平放置一个足够长的容器连同封闭在内的气体质量为M=9.0kg,制成容器的材料导热性能良好,与地面间的动摩擦因数为μ=0.40.将气体封闭的活塞质量为m=1.0kg,活塞与器壁接触光滑且密封良好,活塞面积为S=20cm2.初始时,整个装置静止,活塞与容器底的距离L0=8.0cm.现用逐渐增大的水平拉力F向右拉活塞,使活塞始终相对气缸缓慢移动,近似认为最大静摩擦力与滑动摩擦力相等,已知大气压p0=1.0×105Pa,重力加速度g=10m/s2.求拉力为30N和50N时,活塞与容器底之间的距离之比.
香蕉籽 1年前 已收到1个回答 举报

江江郡主 幼苗

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解题思路:首先求出最大静摩擦力的大小,在分析当力是30N和50N时,气缸的运动状态,再利用牛顿第二定律求解.

地面对气缸和气体及活塞整体的最大摩擦力:f=u(Mg+mg)=40N,
当用30N的力拉活塞,拉力小于最大静摩擦力,气缸不动,气体的体积变化,设活塞平衡后气体压强为P1,由活塞受力平衡得:F1+P1S=P0S
得:P1=8.5×104Pa,
设此时的活塞与气缸的距离为L1,由玻意耳定律得:P0L0S=P1L1S
得:L1=
P0
P1L0,
当用50N的力拉活塞,拉力大于最大静摩擦力,气缸做匀加速运动,由牛顿第二定律对整体得:
F2-f=(M+m)a
得:a=1m/s2
再对活塞受力得:F2+P2S-P0S=ma,
得:P2=7.55×104Pa,
设此时的活塞与气缸的距离为L2,由玻意耳定律得:P0L0S=P2L2S
得:L2=
P0
P2L0
则:
L1
L2=
151
170.
答:活塞与容器底之间的距离之比为
L1
L2=
151
170.

点评:
本题考点: 理想气体的状态方程;牛顿第二定律;封闭气体压强.

考点点评: 本题中涉及两部分内容,一是气体的状态方程,二是牛顿第二定律的应用,在本题中重点物体受摩擦力时,运动状态的分析和牛顿运动定律中整体法和隔离法的应用.

1年前

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