Question

15．某教师用“试管爬升”的实验装置来验证大气压的存在，其做法如下：取两个直径相差很小的平底试管，将细管底部插入装满水的粗试管内，再将两试管迅速倒置（保持竖直），会看到细试管慢慢“爬进”粗试管里，如图所示，细试管能否在粗试管内竖直向上“爬升”，取决于开始时细试管插入粗试管的深度，如果插入过浅细试管就不能自动上升．若细试管的重为G=0.1N、底面积S=2cm²，大气压强为一个标准大气压，则细试管开始插入的深度h₀至少为多少cm，细管向上“爬升”（　　）

• A． 5cm
• B． 10cm
• C． 15cm
• D． 20cm

Answer 1

分析 先对细试管受力分析，细管刚好能“爬升”时细试管受力平衡，根据力的平衡条件得出等式，细试管受到上方受到的压强等于大气压减去水产生的压强，根据压强公式表示出受到的力，把细试管的面积公式代入等式即可得出答案．

解答 细试管受力情况如图所示：

细管刚好能“爬升”时，细试管受力平衡，则
F₀=G+F，
细试管受到水的压强：
p_水=p₀-ρ₀gh₀，
细试管受到水的压力：
F=p_水S=（p₀-ρ₀gh₀）S，
所以p₀S=G+（p₀-ρ₀gh₀）S，
解得：h₀=$\frac{G}{{ρ}_{0}gS}$=$\frac{0.1N}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg×2×1{0}^{-4}{m}^{2}}$=0.05m=5cm．故A正确．
故选A．

点评 本题考查吸收会对刚好可以向上“爬升”的细试管进行受力分析并利用力的平衡得出等式，难点是细试管上方受到的压力，注意此时要考虑大气压．