內(nèi)徑均勻的U型管中裝有水銀,兩管中水銀面與管口的距離均為l=10cm,大氣壓強(qiáng)p0=75.8cmHg,現(xiàn)將右管口封閉,如圖所示,然后從左側(cè)管口處將一活塞緩慢向下推入管中,直到左右兩側(cè)水銀面高度差h=6cm時(shí)為止,求活塞在左管內(nèi)移動(dòng)的距離.(設(shè)整個(gè)過程溫度不變)
分析:由題意,整個(gè)過程溫度不變,左右兩管中封閉氣體都發(fā)生等溫變化,都遵守玻意耳定律.先由此定律求出末態(tài)時(shí)右管氣體的壓強(qiáng),再根據(jù)壓強(qiáng)關(guān)系,得到左管中氣體的壓強(qiáng),由玻意耳定律求出末態(tài)時(shí)左管氣體的長度,由幾何關(guān)系求解活塞在左管內(nèi)移動(dòng)的距離.
解答:解:整個(gè)過程溫度不變,左右兩管中封閉氣體都發(fā)生等溫變化,都遵守玻意耳定律.
當(dāng)左右兩側(cè)水銀面高度差h=6cm時(shí),右管氣體的長度為 l′=10cm-3cm=7cm.
對右管:
由玻意耳定律得:P0lS=Pl′S,
得:P=
10
7
×P0=
10
7
×75.8
cmHg≈108.3cmHg
對左管:
由玻意耳定律,得:P0lS=Pl″S,
而 P=P+6=108.3cmHg+6cmHg=114.3cmHg
得:l″=
10×p0
p
=
10×75.8
114.3
cm=6.63cm
設(shè)活塞在左管內(nèi)移動(dòng)的距離為x,故根據(jù)幾何關(guān)系得:
  x+6.63-3=10
得:x≈6.4(cm)
答:活塞在左管內(nèi)移動(dòng)的距離為6.4cm.
點(diǎn)評:本題是多體問題,既要隔離研究兩部分氣體各自的狀態(tài),更要抓住兩者之間的聯(lián)系,比如體積關(guān)系和壓強(qiáng)關(guān)系,進(jìn)行綜合求解.
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