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题型:简答题
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简答题

如图所示,上端有球形开口、下端封闭的细长玻璃管,下部有长l1=59cm的水银柱,中间封有长l2=5.5cm的空气柱,上部有高度为l3=42cm的水银,此时水银面恰好与管口平齐.已知大气压强为P0=76cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动,求在开口向下时管中空气柱的长度.封入的气体可视为理想气体,在转动过程中没有漏气,空气柱中的空气没有进入球形部分.

正确答案

解:设玻璃管开口向上时,空气柱压强为:P1=P0+ρgl3…①

式中,ρ和g分别表示水银的密度和重力加速度.

玻璃管开口向下时,原来上部的水银有一部分会流出,封闭端会有部分真空.

设此时开口端剩下的水银柱长度为x,则P2=ρgl1,P2+ρgx=P0 …②

(P2管内空气柱的压强.)

由玻意耳定律得P1(sl2)=P2(sh)…③

(③式中,h是此时空气柱的长度,S为玻璃管的横截面积.)

由①②③式和题给条件得:h=11cm…④

答:在开口向下时管中空气柱的长度为11cm.

解析

解:设玻璃管开口向上时,空气柱压强为:P1=P0+ρgl3…①

式中,ρ和g分别表示水银的密度和重力加速度.

玻璃管开口向下时,原来上部的水银有一部分会流出,封闭端会有部分真空.

设此时开口端剩下的水银柱长度为x,则P2=ρgl1,P2+ρgx=P0 …②

(P2管内空气柱的压强.)

由玻意耳定律得P1(sl2)=P2(sh)…③

(③式中,h是此时空气柱的长度,S为玻璃管的横截面积.)

由①②③式和题给条件得:h=11cm…④

答:在开口向下时管中空气柱的长度为11cm.

下一知识点 : 理想气体的状态方程
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