Question

5．如图所示，一个粗细均匀的平底圆管水平旋转，右端用一橡皮塞塞住，气柱长20cm，此时管内、外压强均匀1.0×10Pa，温度均为27℃；当被封闭气体的温度缓慢降至-3℃时，橡皮塞刚好被推动；继续缓慢降温，直到橡皮塞向内推进5cm．已知圆管的横截面积为4.0×10^-5m²，橡皮与圆管间的滑动摩擦力等于最大静摩擦力，大气压强保持不变．求：
（1）橡皮与圆管间的最大静摩擦力；
（2）被封闭气体最终的温度．

Answer 1

分析 （1）由理想气体状态方程，根据共点力平衡求的最大静摩擦力；
（2）后来发生等压变化，利用理想气体状态方程求最终温度．

解答 解：（1）气体发生等容变化，由$\frac{{P}_{1}}{{T}_{1}}=\frac{{P}_{2}}{{T}_{2}}$
解得：${P}_{2}=0.9×1{0}^{5}Pa$
对橡皮塞分析：P₀S=P₂S+f
解得：f=0.4N
（2）气体后来发生等压变化，由$\frac{{V}_{2}}{{T}_{2}}=\frac{{V}_{3}}{{T}_{3}}$
解得T₃=202.5K
答：（1）橡皮与圆管间的最大静摩擦力0.4N；
（2）被封闭气体最终的温度202.5K

点评 本题主要考查了气体的等温变化，利用好玻意耳定律，抓住解题的关键是受力分析，利用共点力平衡即可