题目内容
大家都知道:用一个杯口光滑平整的玻璃杯盛满水,然后盖上平整的玻璃板,用手摁住玻璃板迅速翻转,松开托住玻璃板的手,由于大气压的原因,玻璃板不会掉下。一个同学在回家后自己也想做这个实验。由于家中没有玻璃板,他就找了一张普通的纸盖在了杯口光滑平整的玻璃杯上,而且杯中只放了一半的水。按住纸翻转杯子、松开手,他惊呆了:水居然不流下来,如图23甲所示。已知玻璃杯粗细均匀,杯子内底部到杯沿的高度为12×10-2m,杯中水的高度为6×10-2m,大气压强为1.013×105Pa。该同学在经过仔细观察后发现,翻转后,纸略往下凸,其平均下凸高度为0.40×10-3m(见乙图)。请通过计算说明水不流下来的原因。
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见解析
解析:
杯子翻过来后纸有一定的形变,同时纸也吸收了极少的水而湿润,即水的高度也有极小的降低,但主要原因是纸发生形变后空气的体积略有增大,气体压强减小。
杯子没翻过来之前气体的高度L1=6×10-2m,水的高度h=6×10-2m,
气体的压强 p1=1.013×105Pa。
(2分)
设杯子翻过来后气体的高度平均为L2=6.04×10-2m (1分)
水的高度仍为6×10-2m,气体温度不变,则有:
=
gh=1×103×10×6×10-2=6×102Pa (1分)
要水不流下,则气体最大压强应为:
P3= p1-
=1.013×105-6×102=1.007×105 Pa (1分)
由于气体的温度不变,现用玻马定律验证。
p1V1=p2V2 (2分)
p2=
=1.006×105 Pa (2分)
因为p2<P3 所以纸片不掉下来 (1分)