题目内容

7.如图所示,有一竖直放置的U形管两臂粗细不等,左管开口向上,右管封闭着一部分气体,右管的横截面积是左管的2倍,管中装入水银,大气压为P0=76cmHg.开口管中水银面到管口距离为h1=22cm,且水银面比封闭管内高△h=4cm,封闭管内空气柱长为h2=11cm,现用小活塞把开口端封住,并缓慢推动活塞,使左侧水银面比右管内水银面高lcm,推动过程中两管的气体温度始终不变,试求:(结果保留到小数点后1位)
①活塞推动的距离;
②撤去活塞,将左管密封,且将U形管水平放置,使左、右两管处于同一水平面上,稳定后右管内空气柱的长度将变为多大.

分析 ①气体发生等温变化,根据题意求出气体的状态参量,然后应用玻意耳定律求出气体的压强与体积,再求出活塞推动的距离;
②U形管水平放置过程气体温度不变,求出气体的状态参量,然后应用玻意耳定律可以求出气柱的长度.

解答 解:①设左管的横截面积为S,则右管横截面积为2S,
右管气体状态参量:P1=P0+△h=80cmHg,V1=2Sh2=22S,V2=2S(11-1)=20S,
由玻意耳定律得:P1V1=P2V2,即:80×22S=P2×20S,解得:P2=88cmHg;
以左管气体为研究对象,P3=P0=76cmHg,V3=22S,P4=P2-1cmHg=87cmHg,
由玻意耳定律得:P3V3=P4V4,即:76×22S=87×hS,解得:h=19.2cm,
活塞的推动距离:L=h1+1-h=4.8cm;
②撤去活塞,将左管密封,且将U形管水平放置,
右管气体状态参量:P1=80cmHg,V1=2Sh2=22S,V2=(h2+△h′)S,
左管气体状态参量:P3=76cmHg,V3=22S,V4=(h1-2△h′)S,
气体发生等温变化,由玻意耳定律得:
对右管气体:P1V1=PS(h2+△h′),
对左管气体:P3V3=PS(h1-2△h′),
解得:△h′=11.3cm,
右管气柱长度:h2+△h′=11.3cm;
答:①活塞推动的距离为4.8cm;
②稳定后右管内空气柱的长度将变为11.3cm.

点评 本题考查了求活塞移动的距离、空气柱的长度,分析清楚气体状态变化过程、求出气体的状态参量是解题的关键,应用玻意耳定律可以解题;本题是连接体问题,要注意两部分气体状态参量间的关系,这是易错点.

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