第21届全国中学生物理竞赛复赛题试卷.pdf

第21 届全国中学生物理竞赛复赛题试卷 本卷共七题，满分140 分. 一、(20 分)薄膜材料气密性能的优劣常用其透气系数来加以评判．对于均匀薄膜材料，在一定温度下， PSt 某种气体通过薄膜渗透过的气体分子数N k ，其中t 为渗透持续时间，S 为薄膜的面积，d 为薄 d 膜的厚度， 为薄膜两侧气体的压强差．k 称为该薄膜材料在该温度下对该气体的透气系数．透气系 P 数愈小，材料的气密性能愈好． 图为测定薄膜材料对空气的透气系数的一种实验装置示意图．EFGI 为渗透室，U 形管左管上端 2 与渗透室相通，右管上端封闭；U 形管内横截面积 A ＝0.150cm ．实验中，首先测得薄膜的厚度 d =0.66mm ，再将薄膜固定于图中CC 处，从而把渗透室分为上下两部分，上面部分的容积 V 25.00cm3 ，下面部分连同 U 形管左管水面以上部分的总容积为 V ，薄膜能够透气的面积 S 0 1 2 =1.00cm ．打开开关 K 、K 与大气相通，大气的压强 P ＝1.00atm，此时 U 形管右管中气柱长度 1 2 1 H 20.00cm ，V 5.00cm3 ．关闭K 、K 后，打开开关 K ，对渗透室上部分迅速充气至气体压强 1 1 2 3 P 2.00atm ，关闭K3 并开始计时．两小时后， U 形管左管中的水面高度下降了H 2.00cm ．实 0 验过程中，始终保持温度为  ．求该薄膜材料在  时对空气的透气系数．（本实验中由于薄膜两侧 0 C 0 C 的压强差在实验过程中不能保持恒定，在压强差变化不太大的情况下，可用计时开始时的压强差和计 时结束时的压强差的平均值 来代替公式中的 ．普适气体常量R = 8.31Jmol-1K-1，1.00atm = 1.013 P P 5 ×10 Pa ）． E I P V 0 0 K3 C C΄ P 1 V1 F G