如图甲所示为某气压型弹跳杆,其核心部分可简化为如图乙所示,竖直倒立圆柱形汽缸导热性良好,连杆一端与水平地面接触,另一端与面积为S的活塞连接,不计活塞质量、汽缸质量及活塞与汽缸间的摩擦。没有站人时活塞位于距缸底为H的A处,汽缸内被活塞密封一定质量的理想气体。当某同学站上弹跳杆踏板最终稳定后(人静止在汽缸顶端)活塞位于距离缸底H′=45H的B处。已知大气压强为p0,外界温度为27℃,重力加速度为g,汽缸始终保持竖直。
(1)求该同学的质量m;
(2)若该同学仍然站在踏板上,为使得活塞回到位置A,求密封气体的热力学温度T应缓慢升为多少;若此过程中气体内能增加了ΔU,求该过程中缸内气体从外界吸收的热量Q;
(3)若使用一段时间后,汽缸内漏出一部分气体,使该弹跳杆上站一个质量为23m的人后稳定时活塞也位于B处,求漏出气体的质量Δm与原来汽缸中气体质量m的比值。
H
′
=
4
5
H
2
3
m
【答案】(1)该同学的质量m为;
(2)为使得活塞回到位置A,密封气体的热力学温度T应缓慢升为375K;若此过程中气体内能增加了ΔU,该过程中缸内气体从外界吸收的热量;
(3)漏出气体的质量Δm与原来汽缸中气体质量m的比值为。
p
0
S
4
g
(2)为使得活塞回到位置A,密封气体的热力学温度T应缓慢升为375K;若此过程中气体内能增加了ΔU,该过程中缸内气体从外界吸收的热量
Q
=
ΔU
+
1
4
p
0
SH
(3)漏出气体的质量Δm与原来汽缸中气体质量m的比值为
1
15
【解答】
【点评】
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