题目内容

问题:如下图,粗细均匀的玻璃管长L=100厘米,开口向上竖直放置时,上端齐管口有一段h=25厘米的水银柱封闭着27 ℃空气柱,大气压强为p0=75厘米汞柱,如果空气柱温度逐渐升高,欲使管内水银全部溢出,温度至少升到多高?

导思:结合物理知识,转化为数学问题,要注意转化的数学式子的特点,寻找可以求最值的方法,而基本不等式的三个要求就是一个特征.

探究:设管内空气柱温度升高到T,管内尚有水银柱x厘米,管的横断面积为S,则有

将数据代入,整理得

T=

由于(75+x)+(100-x)=175为常数,

所以当(75-x)=(100+x)时,即当x=12.5厘米时,T有极大值Tmax=306.25 K.

306.25-273=33.25 ℃.

所以欲使管内水银全部溢出,温度至少升到33.25 ℃.

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