Question

5．如图所示：
（1）实验中能否用水来代替水银？
（2）为什么管内水银柱产生的压强就等于外部大气压强？
（3）管内水银柱的高度与管的粗细、形状等因素有关吗？
（4）实验应注意什么问题？

Answer 1

分析 （1）利用液体压强公式p=ρ_水gh求大气压能支持的水柱的高，做出判断；1标准大气压约为10⁵Pa；
（2）分析关内外的压强大小，得出结论，注意管内液体上方是真空，没有压强；
（3）影响液体压强的因素是液体的密度和深度；
（4）实验时，若混有少量气体，液柱的高度将变小．

解答 答：（1）由压强计算公式p₀=ρ_水gh可得，h=$\frac{p}{{ρ}_{水}g}$=$\frac{1{0}^{5}{p}_{a}}{1.0×1{0}^{3}kg/{m}^{3}×10N/kg}$=10m，若用水来做托里拆利实验，则玻璃管的长度至少需要10m长，无法实验，所以不能用水来代替水银．
（2）因为原来管里充满水银，没有空气，倒过来 管内的上方是真空，没有大气压作用在水银面 上，而管外的水银面上要受大气压的作用，作用在管外水银面上的大气压就支持着管里的水银柱，这时管里水银柱的压强等于外界大气压．
（3）液体内部的压强只与液体的深度和密度有关，所以与管的粗细、形状等因素无关；
（4）实验时要注意将试管内的空气完全排出，若果混有少量空气时，高度差变小；
因为这时虽然管外水银面上的大气压没变，但管内上方有少量空气产生向下的压强p_气，加上管内水银柱产生的压强p_水银才等于管外水银面上的大气压p₀，即p_气+p_水银=P₀．

点评 本题综合考查了对托里拆利实验的掌握情况，涉及的知识点较多；通过计算说明托里拆利用水银而不用水测定大气压的原因，要求灵活运用液体压强公式求h．