如图所示,在河中间固定一个细长圆管,管内有一轻质活塞,活塞下端位于水面,面积为1厘米2,质量不计,大气压强为1.0×10

问题描述:

如图所示,在河中间固定一个细长圆管,管内有一轻质活塞,活塞下端位于水面,面积为1厘米2,质量不计,大气压强为1.0×105帕.现将活塞缓慢提高15米,则在该过程中外力对活塞做功为(  )
A. 50焦
B. 100焦
C. 150焦
D. 200焦
1个回答 分类:物理 2014-11-07

问题解答:

我来补答
(1)由于大气压强的限制,活塞上升时,
管内、外水位差存在一个最大值h0=
p0
ρg=
1.0×105Pa
1.0×103kg/m3×10N/kg=10m.
所以管内水面(或活塞)相对于河岸的升高量等于管内、外水位差,即h1=h0=10m;
活塞继续上升了h2=H-h1=5m时,水面不动,活塞与水之间是真空.
(2)水上升阶段:设任意时刻向下的大气压力和管内的水向上的压力为F、F,管内、外水位差为h,则:
则有F=p0S,F=(p0-ρgh)S,
由于活塞始终平衡,故F-F+F=0,即F-p0S+(p0-ρgh)S=0,
解得:F=ρghS.
可见,力F跟h成正比,F在h1距离上的平均值为F=
1
2ρgh1S.
F在h1距离上的功为WF=Fh1=
1
2ρgh1S•h1=
1
2×1.0×103kg/m3×10N/kg×10m×1×10-4m2×10m=50J.
(3)水不上升阶段:力F做的功等于活塞克服大气压力做的功,
故WF′=p0Sh2=1.0×105Pa×1×10-4m2×5m=50J.
所以整个过程中,力F做的功等于WF+WF′=50J+50J=100J.
故选B.
 
 
展开全文阅读
剩余:2000
下一页:填词谢谢