题目内容

9.如图,一个上端开口,下端封闭的细长玻璃管,下部有长l1=66cm的水银柱,中间封有长l2=6.6cm可视为理想气体的空气柱,上部有长l3=44cm的水银柱,此时水银面恰好与管口平齐.已知大气压强为P0=76cmHg.如果使玻璃管绕底端在竖直平面内缓慢地转动一周(在转动过程中没有发生漏气)求:
①玻璃管转到开口向下时,管中空气柱的长度;
②玻璃管转回到原来位置时,管中空气柱的长度.

分析 根据平衡条件可求空气柱初位置的压强,玻璃管开口向下时,原来上部的水银有一部分会流出,封闭端会有部分真空,水银柱总长度为76cm,然后根据玻意耳定律列式求解;转回到原来位置时先根据平衡条件求出空气中压强,然后根据玻意耳定律列式求解.

解答 解:①玻璃管开口向上时,气柱压强为${p}_{1}^{\;}={p}_{0}^{\;}+ρg{l}_{3}^{\;}$
开口向向下时,一部分水银流出,封闭端有部分真空,设此时开口端剩下水银柱长度为x,则此时气柱压强${p}_{2}^{\;}=ρg{l}_{1}^{\;}={p}_{0}^{\;}-ρgx$
由玻意耳定律可知:${p}_{1}^{\;}{l}_{2}^{\;}S={p}_{2}^{\;}hS$
解得h=12cm
②转动到开口向上时气柱压强${p}_{3}^{\;}=ρg{l}_{1}^{\;}={p}_{0}^{\;}+ρgx$
由玻意耳定律可知:${p}_{1}^{\;}{l}_{2}^{\;}S={p}_{3}^{\;}h′S$
解得h?≈9.2cm
答:①玻璃管转到开口向下时,管中空气柱的长度12cm;
②玻璃管转回到原来位置时,管中空气柱的长度9.2cm.

点评 本题关键是求出被封闭气体的压强即可正确解答,解答这类问题注意以水银柱为研究对象,根据平衡状态求解.

练习册系列答案
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19.图1为用拉力传感器和速度传感器探究“加速度与物体所受合力关系”的实验装置.拉力传感器能记录小车受到拉力的大小.在长木板上相距L=48.00cm 的A、B两位置各安装一个速度传感器,分别记录小车到达A、B时的瞬时速率.实验主要步骤如下:
①将拉力传感器固定在小车上
②把木板C端适当垫高,平衡摩擦力
③把细线的一端固定在拉力传感器上,另一端通过定滑轮与钩码相连
④接通电源后自C点释放小车,小车在细线拉动下运动,记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B 时的瞬时速率vA、vB
⑤改变所挂钩码的数量,重复④的操作

(1)步骤②中,平衡的摩擦力是指A
A.小车与长木板之间的摩擦力
B.细线与定滑轮之间的摩擦力
C.小车与长木板之间的摩擦力和细线与定滑轮之间的摩擦力
(2)表中记录了实验测得的几组数据,vB2-vA2是两个速度传感器记录速率的平方差,则加速度的表达式 a=$\frac{{v}_{B}^{2}-{v}_{A}^{2}}{2L}$(用题中的字母符号表示),表中第3次的实验数据为2.44(结果保留三位有效数字).
次数F(N)vB2-vA2(m2/s2)a(m/s2)
10.600.770.80
21.041.611.68
31.422.34
42.624.654.84
53.005.495.72
(纵坐标1.0改成1.5)
(3)由表中数据,在坐标纸上作出a~F关系图线(图2中已画出理论图线);
(4)对比实验图线与理论图线的偏差,你认为合理的解释为没有完全平衡摩擦力.

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