题目内容

7.如图所示,长L=100cm,粗细均匀的玻璃管一端封闭.水平放置时,被封闭的空气柱长度L0=50cm,水银柱长h=30cm.现将玻璃管缓慢地转到开口向下的竖直位置,然后竖直插入水银槽,插入后空气柱的长度变为40cm.设整个过程中温度始终保持不变,大气压强p0=75cmHg.求:
(1)玻璃管口竖直向下时,管内气体的压强p;
(2)插入水银槽后,管口距水银槽液面的距离H.

分析 (1)将玻璃管缓慢地转到开口向下的过程中会有一部分水银流出,由玻意耳定律求出玻璃管竖直时管内水银柱长度.再代入玻意耳定律,求解即可插入水银槽后管内气体的压强P.
(2)找出各种长度之间的关系,可求得管口距水银槽液面的距离H.

解答 解:水平放置时:${p}_{1}^{\;}={p}_{0}^{\;}=75cmHg$    体积:${V}_{1}^{\;}={L}_{0}^{\;}S=50S$
设竖直放置时,玻璃管中水银的长度为x,则此时:
封闭气体的压强:${p}_{2}^{\;}=({p}_{0}^{\;}-x)cmHg$
体积:${V}_{2}^{\;}=(L-x)S$
因温度不变,由玻意耳定律:${p}_{1}^{\;}{V}_{1}^{\;}={p}_{2}^{\;}{V}_{2}^{\;}$ 
解得:x=25cm
则此时的压强:${p}_{2}^{\;}={p}_{0}^{\;}-x=50cmHg$
设插入水银槽后封闭气体的压强p3,体积为:V3=40S
由玻意耳定律:${p}_{2}^{\;}{V}_{2}^{\;}={p}_{3}^{\;}{V}_{3}^{\;}$
解得:P3=93.75cmHg 
则管口距水银槽液面的距离为:H=L-L3+P3-Po=78.75cm 
答:(1)玻璃管口竖直向下时,管内气体的压强p为93.75cmHg;
(2)插入水银槽后,管口距水银槽液面的距离H为78.75cm.

点评 该题中会有一部分水银流出,这是该题的关键所在,很多的同学在解题的过程中,往往考虑不到这一点而出现错误.

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