Question

17．如圖所示，兩端封閉的U型細(xì)玻璃管豎直放置，管內(nèi)水銀封閉了兩段空氣柱，初始時空氣柱長度分別為l₁=10cm，l₂=16cm，兩管液面高度差為h=6cm，氣體溫度均為27℃，右管氣體壓強為p₂=76cmHg，熱力學(xué)溫度與攝氏溫度的關(guān)系為T=t+273K，空氣可視為理想氣體，求：（結(jié)果保留到小數(shù)點后一位數(shù)字）
（i）若保持兩管氣體溫度不變，將裝置以底邊AB為軸緩慢轉(zhuǎn)動90°，求右管內(nèi)空氣柱的最終長度；
（ii）若保持右管氣體溫度不變，緩慢升高左管氣體溫度，求兩邊氣體體積相同時，右管內(nèi)氣體的壓強．

Answer 1

分析 （1）將裝置以底邊AB為軸緩慢轉(zhuǎn)動90度后裝置水平，則兩部分氣體的壓強相等，開始時壓強大的一部分氣體的體積增大，由玻意爾定律結(jié)合圖中的幾何關(guān)系即可求出；
（2）當(dāng)兩邊氣體的體積相等時，左側(cè)水銀面下降的高度與右側(cè)水銀面上升的高度都是$\frac{1}{2}h$，由此確定它們的體積的變化，對右側(cè)的氣體由玻意爾定律求出其壓強，

解答 解：（i）設(shè)左側(cè)液面的長度增加x，設(shè)試管的橫截面積是S，由玻意爾定律：
左側(cè)氣體：P₁V₁=P₁'V₁'，即70×10S=P₁?×（10-x）S
右側(cè)氣體：P₂V₂=P₂'V₂'，即76×16S=P₁?×（16+x）S
聯(lián)立兩式，得：x=0.5cm
右管內(nèi)氣體最終長度為：l₂'=16.5cm
（i i）右側(cè)氣體發(fā)生的是等溫變化，
根據(jù)玻意耳定律可得P₂V₂=P₃V₃，
代入數(shù)據(jù)可得76×16S=p₃×13S，
解得p₃≈93.5cmHg
答：（i）若保持兩管氣體溫度不變，將裝置以底邊AB為軸緩慢轉(zhuǎn)動90°，右管內(nèi)空氣柱的最終長度為16.5cm；
（ii）若保持右管氣體溫度不變，緩慢升高左管氣體溫度，兩邊氣體體積相同時，右管內(nèi)氣體的壓強93.5cmHg．

點評 本題考查了理想氣體狀態(tài)方程的應(yīng)用，解答第一問的關(guān)鍵是裝置以底邊AB為軸緩慢轉(zhuǎn)動90度后兩部分氣體的壓強是相等的．