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文档简介
1、黑龙江省哈尔滨市木兰高级中学高中物理 经典复习资料 水银柱移动问题分类解析对于与气体相关的水银柱的移动问题,按其原因及处理方法,可以分为两种情况。一、温度改变而导致的水银柱移动此类问题的处理方法可分为二类:(1)假设法。先假设,再计算,然后判断水银柱的移动方向。如图1所示,两端封闭、粗细均匀、竖直放置的玻璃管内有一长为h的水银柱,将管内气体分为两部分,已知。若使两部分气体同时升高相同的温度,管内水银柱将如何运动?(设两部分气体原来的温度相同)分析与解答:先假设水银柱不移动(即假设两段气柱的体积不变),用查理定律求得水银柱下面和上面的两气柱的压强增量和,比较压强增量的大小。若,则水银柱不会移动;
2、若,则水银柱向上移动;若,则水银柱向下移动。对温度降低的情况,则处理方法相同。设升温前后,气柱的温度分别为,温度增量为;上段气柱的压强分别为,压强增量为;下段气柱的压强分别为,压强增量为。由查理定律和比例的性质,对上段气体有:对下段气体有:由上可得:依题意,所以,即温度升高后,下部分气体的压强增加量较大。故水银柱向上移动。(2)借助PT图。先假设,再作PT图,然后判断水银柱的移动方向。例2. 题目同例1。分析与解答:利用PT图中等容线来判断温度改变后,两部分气体压强的改变情况。如图2所示,由于两气体在相同温度下,压强不同,所以它们等容线的斜率不同,下段气体的压强比较大,等容线的斜率较大。从图中
3、不难看出,当两气体升高相同的温度时,其压强增量,所以水银柱上移。二、运动状态改变而导致的水银柱移动。此类问题主要有加速直线运动和匀速圆周运动两种情况。处理方法是先隔离水银柱,根据牛顿第二定律求出与封闭气体的压强对应的压力,进而通过分析气体压强的变化,来判断气柱的移动方向。例3. 小车上固定一面积均匀为S的一端封闭的玻璃管,管内用长为L的水银柱封住一段气体,如图3所示。若大气压强为,整个装置停在水平路面上,则当小车以加速度a向左加速运动时,管内水银柱将相对玻璃管向左还是向右移动?分析与解答:当小车停止不动时,管内气体的压强为大气压强,水银柱处于平衡状态。当小车向左加速时,由牛顿第二定律可知,它所
4、受合外力的方向向左,气体对水银柱的压力必须大于外界大气对水银柱的压力,所以,被封闭气体的压强要增加。由玻意耳定律可知,气体的体积减小,故水银柱相对于玻璃管向右移动。例4. 如图4所示,长为、截面积为S的玻璃管,一端封闭,内有一段质量为m、长度可忽略的水银柱封闭一段空气,水银恰好处于管中央。当水平放置的玻璃管以管口为轴,用角速度匀速转动时,水银柱将相对玻璃管向何方移动?分析与解答:当玻璃管不转动时,水银柱所受合力为零;转动起来之后,对水银而言,是以管口为圆心在做匀速圆周运动,所以必须有向心力来产生向心加速度。这个力怎么来呢,只能是水银柱左右两边存在压强差,从而出现压力差,即被封闭气体对水银柱的压力大于外界大气压力,所以被封闭气体压强增大。由玻意耳定律可知,被封闭气体的体积要减小。故水银柱相
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