Question

10．如圖所示，粗細(xì)均勻的玻璃細(xì)管上端封閉，下端開口，豎直插在大而深的水銀槽中，管內(nèi)封閉有一定質(zhì)量的空氣，玻璃細(xì)管足夠長，管內(nèi)氣柱長l=5m，管內(nèi)外水銀面高度差H=15m大氣壓強(qiáng)力p₀=75cmHg．現(xiàn)將玻璃管沿豎直方向緩慢移動
①若要使管內(nèi)外水銀面恰好相平，求此時(shí)管內(nèi)氣柱的長度l₁．
②若要使管外水銀面比管內(nèi)水銀面高H'=5m，玻璃管又應(yīng)如何移動，移動多少距離．

Answer 1

分析 ①因?yàn)楣軆?nèi)氣體作等溫變化，根據(jù)波意耳定律，可以求出此時(shí)管內(nèi)氣柱的長度l₁；
②根據(jù)波意耳定律，計(jì)算出玻璃管的移動方向和距離．

解答 解：①玻璃管內(nèi)的空氣作等溫變化，管內(nèi)外水銀面恰好相平時(shí)，根據(jù)波意耳定律，有
（p₀-p₁）l=p₀l₁
其中p₁=15cmHg
解得：l₁=4cm；
②設(shè)當(dāng)管外比管內(nèi)水銀面高H'=5m時(shí)，管內(nèi)氣柱長l₂，則根據(jù)波意耳定律，有
（p₀-H）l=（p₀+p₂）l₂
其中p₂=5cmHg
解得l₂=3.75cm
玻璃管下移的距離x=5cm+15cm+（5-3.75）cm=21.25cm；
答：①若要使管內(nèi)外水銀面恰好相平，此時(shí)管內(nèi)氣柱的長度l₁=4cm；
②若要使管外水銀面比管內(nèi)水銀面高H'=5m，玻璃管應(yīng)向下移動，移動21.25cm．

點(diǎn)評 理想氣體變化問題，首先分析氣體的變化是等溫、等容還是等壓變化，再選擇相應(yīng)的公式計(jì)算．