Question

如图10-3-2所示的容器中，A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是空气，大气压恒定，A、B底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热，原先A中水面比B中高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡.在这个过程中，下面说法正确的是（    ）

图10-3-2

A.大气压力对水做功，水的内能不变

B.水克服大气压力做功，水的内能减少

C.大气压力对水不做功，水的内能不变

D.大气压力对水不做功，水的内能增加

Answer 1

解析：首先考虑大气压力对水是否做功，打开阀门K后，根据连通器原理，最后A、B两管中的水面将相平，即A中的水面下降，B中的水面上升，设A管的横截面积为S₁，水面下降的距离为h₁，B管的横截面积为S₂，水面上升的距离为h₂，由于水的总体积保持不变，所以A管中下降的水的体积等于B管中上升的水的体积，即

S₁h₁=S₂h₂.

A管中的水受到向下的大气压力，与水面下降的方向相同，所以大气压力对水做正功，设大气压强为p₀，对水做的功为W₁，有W₁=F₁h₁=p₀S₁h₁

B管中的水也受到向下的大气压力，与水面上升的方向相反，所以大气压力对水做负功，用W₂表示大气压力做的功，有

W₂=-F₂h₂=-p₀S₂h₂

    大气压力对水做的总功为：

W=W₁+W₂=p₀S₂h₁-p₀S₂h₂

    因为S₁h₁=S₂h₂，所以W=0，即大气压力对水不做功.

    再来考虑水的内能是否改变的问题，打开阀门K后，A中的水逐

    渐向B中流，即A中的水的重力做正功，B中的水的重力做负功，

    但从最后的效果看，是A管中高度为h₁的水移至B管中的高度为h₂的地方，如图10-3-3所示，即水从高处流向低处，所以在这个过程中水的重力做正功，同时，整个装置是绝热的，与外界没有热量交换.由能量的转化和守恒定律可知，一种形式的能的减少，必定产生等量的其他形式的能量，即水减少的机械能完全转化为水的内能.

图10-3-3

答案：D