【题目】如图所示,刚性绝热容器A和B水平放置,一根带有绝热阀门和多孔塞的绝热刚性细短管把容器A、B相互连通。初始时阀门是关闭的,A内装有某种理想气体,温度为;B内为真空。现将阀门打开,气体缓慢通过多孔塞后进入容器B中。当容器A中气体的压强降到与初始时A中气体压强之比为时,重新关闭阀门。设最后留在容器A内的那部分气体与进入容器B中的气体之间始终无热量交换,求容器B中气体质量与气体总质量之比。已知:1摩尔理想气体的内能为,其中是已知常量,为绝对温度;一定质量的理想气体经历缓慢的绝热过程时,其压强与体积满足过程方程,其中为普适气体常量。重力影响和连接管体积均忽略不计。
【答案】
【解析】
设重新关闭阀门后容器A中气体的摩尔数为,B中气体的摩尔数为,则气体总摩尔数为
①
把两容器中的气体作为整体考虑,设重新关闭阀门后容器A中气体温度为,B中气体温度为,重新关闭阀门之后与打开阀门之前气体内能的变化可表示为
②
由于容器是刚性绝热的,按热力学第一定律有
③
令表示容器A的体积,初始时A中气体的压强为,关闭阀门后A中气体压强为,由理想气体状态方程可知
④,⑤
由以上各式可解得
由于进入容器B中的气体与仍留在容器A中的气体之间没有热量交换,因而在阀门打开到重新关闭的过程中留在容器A中的那部分气体经历了一个绝热过程,设这部分气体初始时体积为(压强为时),则有
⑥
利用状态方程可得
⑦
由①至⑦式得,阀门重新关闭后容器B中气体质量与气体总质量之比
⑧
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【题目】如图所示,A、B两物体相距x=7 m时,A在水平拉力和摩擦力作用下,正以vA=4 m/s的速度向右匀速运动,而物体B此时正以vB=10 m/s的初速度向右匀减速运动,加速度a=-2 m/s2,则A追上B所经历的时间是( )
A.7 sB.8 sC.9 sD.10 s
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【题目】如下图所示,质量为mB=14 kg的木板B放在水平地面上,质量为mA=10 kg的木箱A放在木板B上.一根轻绳一端拴在木箱上,另一端拴在地面的木桩上,绳绷紧时与水平面的夹角为θ=37°.已知木箱A与木板B之间的动摩擦因数μ1=0.5,木板B与地面之间的动摩擦因数μ2=0.6.重力加速度g取10 m/s2.现用水平力F将木板B从木箱A下面匀速抽出,试求:(sin 37°=0.6,cos 37°=0.8)
(1)绳上张力T的大小;
(2)拉力F的大小.
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【题目】一列汽车车队以v1=10 m/s的速度匀速行驶,相邻车间距为25 m,后面有一辆摩托车以v2=20 m/s的速度同向行驶,当它与车队最后一辆车相距S0=40 m时刹车,以a=0.5 m/s2的加速度做匀减速直线运动,摩托车从车队旁边行驶而过,设车队车辆数n足够多,问:
(1)摩托车最多能与几辆汽车相遇?
(2)摩托车从赶上车队到离开车队,共经历多少时间?(结果可用根号表示)
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【题目】设想在地球赤道平面内有一垂直于地面延伸到太空的轻质电梯,电梯顶端可超过地球的同步卫星高度(从地心算起)延伸到太空深处。这种所谓的太空电梯可用于低成本地发射绕地人造卫星,其发射方法是将卫星通过太空电梯匀速地提升到某高度,然后启动推进装置将卫星从太空电梯发射出去。
(1)、设在某次发射时,卫星在太空电梯中极其缓慢地匀速上升,该卫星在上升到0.80处意外地和太空电梯脱离(脱离时卫星相对于太空电梯上脱离处的速度可视为零)而进入太空。
a.论证卫星脱落后不会撞击地面。
b.如果卫星脱落后能再次和太空电梯相遇,即可在它们相遇时回收该卫星。讨论该卫星从脱落时刻起,在0~12小时及12~24小时两个时间段内被太空该电梯回收的可能性。
(2)如果太空电梯地点位于东经110度处,在太空电梯上离地心距离为处有一卫星从电梯脱落(脱落时卫星相对于太空电梯上脱落处的速度可视为零),脱落后该卫星轨道刚好能和赤道某处相切,而使卫星在该点着地,试求卫星着地点的经度。提示:此问要用数值方法求解高次方程。
已知:地球质量,半径的球体;引力恒量;地球自转周期小时;假设卫星与太空电梯脱落后只受地球引力作用。
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【题目】如图所示,L是一焦距为2R的薄凸透镜,MN为其主光轴。在L的右侧与它共轴地放置两个半径皆为R的很薄的球面镜A和B。每个球面镜的凹面和凸面都是能反光的镜面。A、B顶点间的距离为。在B的顶点C处开有一个透光的小圆孔(圆心为C),圆孔的直径为h。现于凸透镜L左方距L为6R处放一与主轴垂直的高度也为h(h<<R)的细短杆PQ(P点在主轴上)。PQ发出的光经L后,其中一部分穿过B上的小圆孔正好成像在球面镜A的顶点D处,形成物PQ的像I。则
(1)像I与透镜L的距离等于___________。
(2)形成像I的光线经A反射,直接通过小孔后经L所成的像I1与透镜L的距离等于___________。
(3)形成像I的光线经A反射,再经B反射,再经A反射,最后通过L成像I2,将I2的有关信息填在下表中:
I2与L的距离 | I2在L左方还是右方 | I2的大小 | I2是正立还是倒立 | I2是实像还是虚像 |
(4)物PQ发出的光经L后未进入B上的小圆孔C的那一部分最后通过L成像I3,将I3的有关信息填在下表中:
I3与L的距离 | I3在L左方还是右方 | I3的大小 | I3是正立还是倒立 | I3是实像还是虚像 |
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【题目】如图所示,哈雷彗星绕太阳S沿椭圆轨道逆时针方向运动,其周期T为76.1年,1986年它过近日点P0时与太阳S的距离r0=0.590AU,AU是天文单位,它等于地球与太阳的平均距离,经过一段时间,彗星到达轨道上的P点,SP与SP0的夹角θP=72.0°。已知:1AU=1.50×1011m,引力常量G=6.67×10-11Nm2/kg2,太阳质量mS=1.99×1030kg,试求P到太阳S的距离rP及彗星过P点时速度的大小及方向(用速度方向与SP0的夹角表示)。
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【题目】物体甲的v﹣t图象和物体乙的x﹣t图象分别如图所示,则这两个物体的运动情况是
A.甲在整个t=4s时间内有来回运动,它通过的总路程为6m
B.甲在整个t=4s时间内运动方向一直不变,通过的总位移大小为6m
C.乙在整个t=4s时间内运动方向一直不变,通过的总位移大小为6m
D.乙在整个t=4s时间内有来回运动,它通过的总路程为12m
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【题目】如图所示,两根足够长平行金属导轨MN、PQ固定在倾角θ=37°的绝缘斜面上,顶部接有一阻值R=3Ω的定值电阻,下端开口,轨道间距L=1 m。整个装置处于磁感应强度B=2T的匀强磁场中,磁场方向垂直斜面向上。质量m=1kg的金属棒ab置于导轨上,ab在导轨之间的电阻r=1Ω,电路中其余电阻不计。金属棒ab由静止释放后沿导轨运动时始终垂直于导轨,且与导轨接触良好。不计空气阻力影响。已知金属棒ab与导轨间动摩擦因数μ=0.5,sin37°=0.6,cos37°=0.8,取g=10m/s2。
(1)求金属棒ab沿导轨向下运动的最大速度vm;
(2)求金属棒ab沿导轨向下运动过程中,电阻R上的最大电功率PR;
(3)若从金属棒ab开始运动至达到最大速度过程中,电阻R上产生的焦耳热总共为1.5J,求流过电阻R的总电荷量q。
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