21、(12分)如图所示,一足够高的直立气缸上端开口,用一个厚度不计的活塞封闭了一段高为90cm的气柱,活塞的横截面积为0.01m2,活塞与气缸间的摩擦不计,气缸侧壁通过一个密封接口与U形管相通,密封接口离气缸底部的高度为70cm,气缸与U形管相通处气体体积忽略不计。在图示状态时气体的温度为17℃U形管两支管水银面的高度差h16cm,右支管内水银面到管口的高度为20cm ,大气压强p0=1.0×105Pa保持不变,水银的密度ρ=13.6×103kg/m3。  求:

⑴活塞的重力;

⑵现在将U形管右支管开口端用橡皮塞(厚度不计)封住,并在活塞上添加沙粒,同时对气缸内的气体缓缓加热,让活塞高度始终不变。当气体温度升高到57℃时,不再加沙粒,同时停止对气体加热,这时气缸内的气体压强变为多少?     

⑶保持上题中的沙粒质量不变,让气缸内的气体逐渐冷却,那么当气体的温度至少降为多少℃时,U形管内的水银开始流动?(整个过程中气缸内气体温度的变化不会影响到U形管。)

 

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