Question

5．在长约1米、一端封闭的玻璃管里灌满水银，用手指将管口堵住，然后倒插在水银槽中，放开手指，管内水银面下降到一定高度时就不再下降，如图所示．
（1）为了测得当时大气压的值进行的实验，当时大气压与760mm水银柱产生的压强值相当．如果将此装置拿到比地面低得多的矿井底部，则观察到管中水银面上升．（填“上升”、“下降”、“不变”）
（2）完成此实验玻璃管上方应该是真空；若将玻璃管倾斜一些，对实验结果没有影响；（填“有”或“没有”）
（3）某同学也利用此装置，把水银换成水，将玻璃管灌满水后倒插在水槽内时，管中的水柱不会下降，如果这时在管顶开一个小孔，水柱不会向上喷出．（均选填“会”或“不会”）

Answer 1

分析 （1）为了测得大气压的值，这时必须测管内外水银面高度差． 管内水银柱的高度只与当时的大气压有关，而与玻璃管的粗细、是否倾斜、以及水银槽中的水银的多少无关．
（2）在托里拆利实验中，水银柱的高度是由外界大气压的大小决定的，在玻璃管顶端真空的情况下，管内外水银柱的高度差与管的倾斜度、位置的深浅、水银槽内水银的多少以及管的粗细均无关；
（3）已知水银的密度和水的密度，大气压一样，可求玻璃管的长度．然后可知管中的水柱是否下降；托里拆利实验中，是管外的大气压支持着管内的水银柱，即管内水银柱产生的压强等于管外的大气压．

解答 解：（1）为了测得大气压的值，这时必须测量管内外水银面高度差．为了测得当时大气压的值进行的实验，当时大气压与760mm水银柱产生的压强值相当；如果将此装置拿到比地面低得多的矿井底部，大气压随高度的减小而增大，故所能支持的水银柱高度也变高． 即观察到的现象是管内水银柱高度变高． 
（2）做托里拆利实验时，用一根长约1m、一端开口的玻璃管，充满水银后，要保证管内是真空．将开口堵住倒插于水银槽内，则管中的水银液面会下降，降到一定高度时水银柱将停止下降．如果玻璃管倾斜了，由于大气压是不变的，故能支持的水银柱高度也是不变的，故管中水银柱长度会增大，但高度保持不变，即实验结果没有影响；
（4）一个标准大气压为760毫米汞柱，由p=ρ_水银gh_水银=ρ_水gh_水，可知，如果水银气压计中的水银用水代替，那么玻璃管的长度约为10m，所以把水银换成水，将玻璃管灌满水后倒插在水槽内时，管中的水柱不会下降；  当管顶开一个小孔时，管内的水与外界的大气相通，玻璃管和水槽组成连通器，则管内的水不会从小孔喷出，反而会立即下降，直到液面相平．
故答案为：（1）760；上升；（2）真空；没有；（3）不会；不会．

点评 本题是考查对托里拆利实验原理的理解，并且要求能在题目中灵活运用，难度适中．