1、能力課能力課1313熱學與力學綜合性問題熱學與力學綜合性問題-2-知識點、分析思路1.確定研究對象一般地說,研究對象分兩類:一類是研究對象(一定質量的理想氣體);另一類是研究對象(汽缸、活塞或某系統)。2.分析物理過程對熱學研究對象分析清楚初、末狀態及過程,依據氣體實驗定律列出方程;對力學研究對象要正確地進行,依據力學規律列出方程。3.挖掘題目的,如幾何關系等,列出輔助方程。4.多個方程聯立求解,對求解的結果注意檢驗它們的。熱學力學狀態變化受力分析隱含條件合理性-3-考點一考點二玻璃管液封模型玻璃管液封模型(師生共研師生共研)求液柱封閉的氣體的壓強時,一般以液柱為研究對象分析受力情況、列平衡方

2、程,要注意:(1)液體因重力產生的壓強大小為p=gh(其中h為至液面的豎直高度);(2)不要漏掉大氣壓強,同時又要盡可能平衡掉某些大氣的壓力;(3)有時可直接應用連通器原理連通器內靜止的液體,同種液體在同一水平面上各處壓強相等。-4-考點一考點二例題(2018安徽六校教育研究會第二次聯考)如圖甲所示,粗細均勻、橫截面積為S的導熱光滑足夠長的細玻璃管豎直放置,管內用質量為m的水銀柱密封著長為l的理想氣柱。已知環境溫度為T1,大氣壓強為p0,重力加速度為g。(1)若僅將環境溫度降為,求穩定后的氣柱長度;(2)若環境溫度T1不變,將玻璃管放于水平桌面上并讓其以加速度a向左做勻加速直線運動(如圖乙所示

3、),求穩定后的氣柱長度。-5-考點一考點二-6-考點一考點二思維訓練思維訓練(2018廣東肇慶一模)如圖所示,將導熱性良好的薄壁圓筒開口向下豎直緩慢放入水中,筒內封閉了一定質量的氣體(可視為理想氣體),當筒底與水面相平時,圓筒恰好靜止在水中,此時水的溫度t1=7.0,筒內氣柱的長度h1=28cm。已知大氣壓強p0=1.0105Pa,水的密度=1.0103kg/m3,重力加速度大小g取10m/s2。(1)若將水溫緩慢升高至27,此時筒底露出水面的高度h為多少?(2)若水溫升至27后保持不變,用力將圓筒緩慢下移至某一位置,再撤去該力,撤去該力后的瞬間,圓筒加速度方向豎直向上,大小為,求此時筒底到水

4、面的距離h(結果保留兩位有效數字)。-7-考點一考點二解析 (1)設圓筒的橫截面積為S,水溫緩慢升高至27時,氣柱的長度為h2,由蓋呂薩克定律得,圓筒靜止時,筒內外液面高度差不變,有h=h2-h1,解得h=(30-28)cm=2cm。(2)設圓筒質量為m,設撤去力后的瞬間筒內氣柱長度為h3,有gh1S=mg,gh3S-mg=ma,圓筒緩慢移動到液面下h處時有(p0+gh1)h2S=p0+g(h+h1)h3S,解得h=34cm。答案 (1)2cm(2)34cm-8-考點一考點二汽缸活塞類模型汽缸活塞類模型(師生共研師生共研)汽缸活塞類問題是熱學部分典型的物理綜合題,它需要考慮氣體、汽缸或活塞等多

5、個研究對象,涉及熱學、力學等物理知識,需要靈活、綜合地應用知識來解決問題。-9-考點一考點二例題(2018全國卷)如圖所示,一豎直放置的汽缸上端開口,汽缸壁內有卡口a和b,a、b間距為h,a距缸底的高度為h;活塞只能在a、b間移動,其下方密封有一定質量的理想氣體。已知活塞質量為m,面積為S,厚度可忽略;活塞和汽缸壁均絕熱,不計它們之間的摩擦,開始時活塞處于靜止狀態,上、下方氣體壓強均為p0,溫度均為T0。現用電熱絲緩慢加熱汽缸中的氣體,直至活塞剛好到達b處,求此時汽缸內氣體的溫度以及在此過程中氣體對外所做的功。重力加速度大小為g。-10-考點一考點二-11-考點一考點二-12-考點一考點二方法

6、規律恰當地選取研究對象(必須是一定質量的理想氣體),確定初、末狀態的狀態參量,正確判斷出氣體狀態變化的過程是屬于等溫、等壓還是等容變化過程,然后列方程求解。-13-考點一考點二思維訓練思維訓練如圖所示,一固定的豎直汽缸由一大一小兩個同軸圓筒組成,兩圓筒中各有一個活塞。已知大活塞的質量為m1=2.50kg,橫截面積為S1=80.0cm2;小活塞的質量為m2=1.50kg,橫截面積為S2=40.0cm2;兩活塞用剛性輕桿連接,間距保持為l=40.0cm;汽缸外大氣的壓強為p=1.00105Pa,溫度為T=303K。初始時大活塞與大圓筒底部相距,兩活塞間封閉氣體的溫度為T1=495K。現汽缸內氣體溫度緩慢下降,活塞緩慢下移。忽略兩活塞與汽缸壁之