Question

如圖所示為薄壁等長U型管，左管上端封閉，右管上端開口，管的橫截面積為S，內(nèi)裝密度為ρ的液體，右管內(nèi)有一質(zhì)量為m的活塞擱在固定卡口上，卡口與左管上端等高，活塞與管壁間無摩擦且不漏氣．當(dāng)溫度為T時(shí)，左、右管內(nèi)液面高度相等，兩管內(nèi)空氣柱長度均為L（L＞h），壓強(qiáng)均為大氣壓強(qiáng)P．現(xiàn)使兩邊溫度同時(shí)逐漸升高，求：
（1）溫度升高到多少時(shí)，右管活塞開始離開卡口？
（2）溫度升高到多少時(shí)，左管內(nèi)液面下降．

Answer 1

【答案】分析：（1）先根據(jù)平衡條件求解出活塞在離開卡口前后右管內(nèi)氣體壓強(qiáng)，然后根據(jù)查理定律列方程求解；
（2）先求解出左管內(nèi)氣體已知的狀態(tài)參量，然后根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程列式求解．
解答：解：（1）右管內(nèi)活塞在離開卡口前，右管內(nèi)氣體壓強(qiáng)
右管內(nèi)氣體的狀態(tài)變化為一等容過程，即 
所以 
（2）以左管內(nèi)氣體為研究對象，設(shè)其初態(tài)為P，LS與T，未態(tài)為P₂、V₂、T₂，
則有P₂=P+ρgh
V₂=（L+）S                                                    
由氣體狀態(tài)方程
解得：
答：（1）溫度升高到時(shí)，右管活塞開始離開卡口；
（2）溫度升高到時(shí)，左管內(nèi)液面下降．
點(diǎn)評：本題關(guān)鍵找出已知的氣體狀態(tài)參量，然后根據(jù)查理定律以及理想氣體狀態(tài)方程列式求解．