综合题10.0分
物理

如图,一粗细均匀的U形管竖直放置,A侧上端封闭,B侧上端与大气相通,下端开口处开关K关闭;A侧空气柱的长度为l=10.0cm,B侧水银面比A侧的高h = 3.0 cm。现将开关K打开,从U形管中放出部分水银,当两侧水银面的高度差为h1=10.0cm时将开关K关闭。己知大气压强p0=75.0cmHg.

20.求放出部分水银后A侧空气柱的长度;

21.此后再向B侧注入水银,使A、 B两侧的水银面达到同一高度,求注入的水银在管内的长度。

第1小题正确答案及相关解析

正确答案

12.0cm

解析

以cmHg为压强单位.设A侧空气柱长度l=10.0cm时压强为p,当两侧的水银面的高度差为h1=10.0cm时,空气柱的长度为l1,压强为p1,由玻意耳定律,有:

pl=p1l1        ①

由力学平衡条件,有:

p=p0+h         ②

打开开关放出水银的过程中,B侧水银面处的压强始终为p0,而A侧水银面处的压强随空气柱长度的增加逐渐减小,B、A两侧水银面的高度差也随着减小,直至B侧水银面低于A侧水银面h1为止,由力学平衡条件,有:

p1=p0﹣h1       ③

联立①②③,并代入题目数据,有:

l1=12cm         ④

考查方向

理想气体的状态方程

解题思路

在同一段水银柱中,同一高度压强相等;先计算出A侧气体的初状态气压和末状态气压,然后根据玻意耳定律列式求解;

易错点

本题中封闭气体经历两次等温过程,关键是找出初状态和末状态的气压和体积(长度)关系,然后根据玻意耳定律列式求解

第2小题正确答案及相关解析

正确答案

13.2cm

解析

当A、B两侧的水银面达到同一高度时,设A侧空气柱的长度为l2,压强为P2,由玻意耳定律,有:

pl=p2l2      ⑤

由力学平衡条件有:

p2=p0       ⑥

联立②⑤⑥式,并代入题目数据,有:

l2=10.4cm       ⑦

设注入水银在管内的长度为△h,依题意,有:

△h=2(l1﹣l2)+h1    ⑧

联立④⑦⑧式,并代入题目数据,有:

△h=13.2cm

考查方向

理想气体的状态方程

解题思路

两侧水银面等高后,根据玻意耳定律求解气体的体积;比较两个状态,结合几何关系得到第二次注入的水银柱的长度.

易错点

本题中封闭气体经历两次等温过程,关键是找出初状态和末状态的气压和体积(长度)关系,然后根据玻意耳定律列式求解