由玻意耳定律可知
200×800S=[760+(300-l2)]·l2S
因此,本题的正确答案是:平衡后管内空气柱的长度为182.3mm。 【评析】通过本题的分析解答可看出,对于一个具体的物理问题,不能仅观注已知的数据,更要对题目所述的物理过程进行全面的分析,以确定出问题的真实物理过程。同时可以看到,真实物理过程的判断,又是以具体的已知条件及相应的物理规律为基础的,而不是“想当然”地捏造物理过程。
例14 圆柱形气缸筒长2l,截面积为S,缸内有活塞,活塞可以沿缸壁无摩擦不漏气的滑动,气缸置于水平面上,缸筒内有压强为p0,温度为T0的理想气体,气体体积恰好占缸筒容积的一半,如图7-25所示。此时大气压也是p0,弹簧的劲度系数为k,气缸与地面的最大静摩擦力为f,求:
(1)当kl<f,对气缸缓慢加热到活塞移至缸筒口时,气缸内气体温度是多少?
(2)当kl>f,对气缸缓慢加热到活塞移至缸筒口时,气缸内气体的温度又是多少?
【错解】(1)以整体为对象。∵kl<f,所以在活塞移至缸口时(此时弹簧弹力为kl),系统始终静止。
以活塞为对象,末态受力如图7-26所示。
由平衡条件可知:p2S=p0S+kl
以气体为对象,p1=p0 V1=ls T1=T0
(2)当kl>f时,气缸要滑动 解法一:与(1)解法类似 对活塞受力分析如图7-26所示
其余解法与(1)相同,答案也与(1)相同,说明两种情况没有区别。 解法二:以活塞为对象受力分析如图7-27
p2S+f=kl+p0S
【错解原因】此题第一问解法及答案均正确。错误主要发生在第二问:(1)没有详细地分析kl>f情况下气缸,活塞的运动,而是套用了第一问解题的思路,分不清kl<f与kl>f在此题中的本质区别。(2)解法2对活塞受力分析出现了气缸受力f,导致错误。
【分析解答】第一问如上所述,略。
第二问,当kl>f,就意味着弹簧压缩到一定程度,设压缩量为x,即kx=f处,就不继续压缩,这之后,气缸开始滑动,而气体则做等压升温膨胀。
气体的变化可以分为三种状态两个过程,如图7-28所示。
第一个过程:甲态→乙态,p,V,T都变。
而丙态的压强与乙态相同,
第二个过程:从甲态→丙态应用气态方程
【评析】
例15 如图7-29所示,左端封闭,右端开口的均匀U型管中用水银封有一段长150mm的空气柱。左臂总长为250mm,右臂足够长。如果将管的开口变为竖直向下,求空气柱的长度。(设大气压为750mmHg)
【错解】此题是属于气体在等温情况下压强和体积的变化的题,可以利用玻意耳定律求解。