汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如图,刹车助力装…——2023 高考物理第 13 题答案解析

2023_湖南卷 (2023·物理)

2023 全国 第 13 题 解答题 区分题
2023_湖南卷 (2023·物理)

13.

汽车刹车助力装置能有效为驾驶员踩刹车省力。如图,刹车助力装置可简化为助力气室和抽气气室等部分构成,连杆 $A B$ 与助力活塞固定为一体,驾驶员踩刹车时,在连杆 $A B$ 上施加水平力推动液压泵实现刹车.助力气室与抽气气室用细管连接,通过抽气降低助力气室压强,利用大气压与助力气室的压强差实现刹车助力。每次抽气时,$K_{1}$ 打开,$K_{2}$ 闭合,抽气活塞在外力作用下从抽气室最下端向上运动,助力气室中的气体充满抽气气室,达到两气室压强相等;然后,$K_{1}$ 闭合,$K_{2}$ 打开,抽气活塞向下运动,抽气气室中的全部气体从 $K_{2}$ 排出,完成一次抽气过程。已知助力气室容积为 $V_{0}$ ,初始压强等于外部大气压强$p_{0}$ ,助力活塞横截面积为 S ,抽气气室的容积为 $V_{1}$ .假设抽气过程中,助力活塞保持不动,气体可视为理想气体,温度保持不变.

(1) 求第1次抽气之后助力气室内的压强 $p_{1}$ ;
(2) 第 $n$ 次抽气后,求该刹车助力装置为驾驶员省力的大小 $\Delta F$ .

参考答案

①$p_{1}=\frac{p_{0} V_{0}}{V_{0}+V_{1}}$ ;②$\Delta F=\left[1-\left(\frac{V_{0}}{V_{0}+V_{1}}\right)^{n}\right] p_{0} S$

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核心知识
气体实验定律与理想气体状态方程
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