Question

【題目】一內(nèi)壁光滑、粗細(xì)均勻的U形玻璃管豎直放置，左端開口，右端封閉，左端上部有一輕活塞．初始時，管內(nèi)水銀柱及空氣柱長度如圖所示．已知大氣壓強cmHg，環(huán)境溫度不變．

（1）求右側(cè)封閉氣體的壓強；

（2）現(xiàn)用力向下緩慢推活塞，直至管內(nèi)兩邊水銀柱高度相等并達(dá)到穩(wěn)定．求此時右側(cè)封閉氣體的壓強；

（3）求第(2)問中活塞下移的距離x．

Answer 1

【答案】（1）90cmHg；（2）144cmHg；（3）9.417cm

【解析】

由題意知兩部分封閉氣體的溫度與環(huán)境溫度保持相等，氣體都作等溫變化；先對左端氣體研究，根據(jù)玻意耳定律求出活塞下移后的壓強；水銀面相平時，兩部分氣體的壓強相等，再研究右端氣體，求出活塞下移后的長度和氣體壓強，根據(jù)幾何關(guān)系求解活塞向下移動的距離；

（1）以管內(nèi)水銀柱為研究對象，則有：

（2）當(dāng)兩邊的水銀柱高度相等時，左邊水銀柱下降7.5cm，右邊水銀柱上升了7.5cm，所以右側(cè)封閉氣體的高度變?yōu)?/span>12.5cm，則對于右邊封閉的氣體有：，；，

根據(jù)玻意耳定律：

所以：

（3）設(shè)當(dāng)兩邊水銀柱高度相等時左邊水銀柱的高度為h，則此時，左右兩邊的封閉氣體的壓強相等，所以則對于左邊封閉的氣體有：，，，

根據(jù)玻意耳定律：

所以：

則塞下降的距離：