题目内容

【题目】如图所示,在内壁光滑的细玻璃管中用水银密封一段空气柱(可视为理想气体),当玻璃管竖直放置时,水银柱高,空气柱高。现将玻璃管放在倾角为的粗糙斜面上,管口向上,玻璃管与斜面间的动摩擦因数为。已知外界温度不变,大气压强,水银的密度,重力加速度g,假设斜面足够长,让玻璃管由静止下滑,当玻璃管与水银柱相对静止时,求玻璃管中空气柱的长度(结果保留三位有效数字)。

【答案】

【解析】

设玻璃管的横截面积为S,当玻璃管竖直放置时,空气柱的体积

压强

当玻璃管与水银柱相对静止一起沿斜面下滑时,设玻璃管和水银柱的总质量为m,加速度大小为a,对整体根据牛顿第二定律有

设此时空气柱的压强为,体积为,长度为,同理,对水银柱有

整个过程中空气柱发生等温变化,根据玻意耳定律有

其中

联立以上各式并代入数据解得

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