Question

12．如圖所示，粗細(xì)均勻，橫截面積為S的直角玻璃管處于豎直面內(nèi)，兩直角邊長(zhǎng)度均為L(zhǎng)=8cm，一端封閉，一端開(kāi)口，封閉端水平放置，長(zhǎng)為L(zhǎng)的一段水銀柱封存了$\frac{L}{2}$的空氣，現(xiàn)從開(kāi)口端用滴管緩慢滴入水銀，大氣壓強(qiáng)為P₀，整個(gè)過(guò)程環(huán)境溫度不變，求：（已知P₀=76cmHg，計(jì)算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
i．需從開(kāi)口端注入多長(zhǎng)的水銀柱，才能使水銀面與管口齊平；
ii．在i的前提下，水銀面與管口齊平時(shí)，以直角玻璃管下端的直角邊為軸，將直角玻璃管緩慢旋轉(zhuǎn)90°到水平面內(nèi)，則封存的氣體柱為多長(zhǎng)？

Answer 1

分析 （1）確定初末狀態(tài)參量，氣體發(fā)生等溫變化，根據(jù)玻意耳定律列方程求解；
（2）求出管轉(zhuǎn)到水平面內(nèi)管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)，根據(jù)玻意耳定律求出封存氣柱的長(zhǎng)度

解答 解：（1）需從開(kāi)口端注入xcm的水銀柱，以封閉氣體為研究對(duì)象
初狀態(tài)：${p}_{1}^{\;}={p}_{0}^{\;}+\frac{L}{2}=80cmHg$          體積為：${V}_{1}^{\;}=\frac{L}{2}S$=4S
末狀態(tài)：${p}_{2}^{\;}={p}_{0}^{\;}+L=84cmHg$          體積為：${V}_{2}^{\;}=（2L-L-x）S=（L-x）S=（8-x）S$
根據(jù)玻意耳定律，有：${p}_{1}^{\;}{V}_{1}^{\;}={p}_{2}^{\;}{V}_{2}^{\;}$
80×4S=84×（8-x）S
解得：x=4.19cm
（2）以直角玻璃管下端的直角邊為軸，將直角玻璃管緩慢旋轉(zhuǎn)90°到水平面內(nèi)
${p}_{3}^{\;}={p}_{0}^{\;}=76cmHg$           ${V}_{3}^{\;}=xS$
根據(jù)玻意耳定律，${p}_{1}^{\;}{V}_{1}^{\;}={p}_{3}^{\;}{V}_{3}^{\;}$
代入數(shù)據(jù)：80×4S=76×xS
解得：x=4.21cm
答：（1）需從開(kāi)口端注入4.19cm長(zhǎng)的水銀柱，才能使水銀面與管口齊平
（2）旋轉(zhuǎn)90°到水平面內(nèi)，封存的氣體柱長(zhǎng)為4.21cm

點(diǎn)評(píng) 本題考查氣體實(shí)驗(yàn)定律的應(yīng)用，關(guān)鍵是確定初末狀態(tài)的參量，選擇合適的實(shí)驗(yàn)定律列式求解．