Question

養(yǎng)金魚的人有一個很簡便的給魚缸換水的方法：用一根較長的橡膠管，將管內(nèi)注滿水，用手堵住管的兩端后，一端伸入到魚缸的水中，另一端放在魚缸外低于水面的位置，放開手后水可以自動流出(或是將管的一端插入魚缸水中，從另一端吮吸，待水充滿橡膠管后將這端垂下，水也會自動從管中流出．汽車司機(jī)從油箱中向外吸油時也常用這種方法)．這種現(xiàn)象叫虹吸現(xiàn)象．平時我們認(rèn)為水只能從高處自動地流向低處，為什么在虹吸現(xiàn)象中，水卻能在管內(nèi)流向高于魚缸內(nèi)水面的位置后又從管的另一端流出呢？發(fā)生虹吸現(xiàn)象應(yīng)具備什么條件呢？請你用所學(xué)過的物理知識解釋．

 

Answer 1

答案：見詳解內(nèi)容
解析：

我們用如圖所示的裝置來說明虹吸現(xiàn)象，其中連接兩個水槽A、B的細(xì)管稱為虹吸管．當(dāng)充滿水的虹吸管將兩水槽連接起來后，水面較高的水槽B中的水將通過虹吸管流入到水面較低的水槽A中．管內(nèi)水的流動與管內(nèi)水的壓強(qiáng)有關(guān)．由于整個裝置都處于密閉的大氣包圍之中，裝置中的水將大氣壓強(qiáng)p0大小不變地向各個方向傳遞．在虹吸管的最高處取一豎直的薄液片C為研究對象，這個液片C受到水平向右的壓強(qiáng)p1和水平向左的壓強(qiáng)p2作用，如如圖所示．其中向右的壓強(qiáng)大小為 p1＝p0－rgh1 式中h1為虹吸管頂端到左側(cè)水槽A內(nèi)水面的高度差，rgh1為左側(cè)管內(nèi)水柱所產(chǎn)生的壓強(qiáng)．若右側(cè)管內(nèi)的水柱高度為h2，則液片C受到水平向左的壓強(qiáng)大小為 p2＝p0－rgh2 由于h1＞h2，因此有p1＜p2．液片C所受向左的壓強(qiáng)p2大于向右的壓強(qiáng)p1，液片將向左移動．同理，從整體看，虹吸管內(nèi)的水將從水槽B流向水槽A，直至兩水槽的水面相平為止(如果這是可能的)． 由以上分析可以看出，大氣壓的存在對產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象起著至關(guān)重要的作用．另外，虹吸管內(nèi)充滿水及兩水槽A、B內(nèi)水面存在高度差也是必不可少的條件．除此以外，還應(yīng)注意虹吸的高度(即短管內(nèi)水柱高度h2)．虹吸的高度與什么因素有關(guān)呢？這個問題留給同學(xué)進(jìn)一步考慮． 虹吸是日常生活中不難見到的現(xiàn)象，現(xiàn)象本身也不復(fù)雜．但從理論上對它進(jìn)行分析，涉及到的物理知識較多，如液體的壓強(qiáng)、大氣壓強(qiáng)等，有一定的難度．在物理知識的學(xué)習(xí)過程中，應(yīng)該很好地體會、學(xué)習(xí)這些分析方法，并且有意識地應(yīng)用所學(xué)的物理知識分析、解釋日常生活中常見的物理現(xiàn)象．只有這樣才能逐漸提高我們綜合運用物理知識，分析、解決物理問題的能力.

提示：