Question

養金魚的人有一個很簡便的給魚缸換水的方法：用一根較長的橡膠管，將管內注滿水，用手堵住管的兩端后，一端伸入到魚缸的水中，另一端放在魚缸外低于水面的位置，放開手后水可以自動流出(或是將管的一端插入魚缸水中，從另一端吮吸，待水充滿橡膠管后將這端垂下，水也會自動從管中流出．汽車司機從油箱中向外吸油時也常用這種方法)．這種現象叫虹吸現象．平時我們認為水只能從高處自動地流向低處，為什么在虹吸現象中，水卻能在管內流向高于魚缸內水面的位置后又從管的另一端流出呢？發生虹吸現象應具備什么條件呢？請你用所學過的物理知識解釋．

 

Answer 1

答案：見詳解內容
解析：

我們用如圖所示的裝置來說明虹吸現象，其中連接兩個水槽A、B的細管稱為虹吸管．當充滿水的虹吸管將兩水槽連接起來后，水面較高的水槽B中的水將通過虹吸管流入到水面較低的水槽A中．管內水的流動與管內水的壓強有關．由于整個裝置都處于密閉的大氣包圍之中，裝置中的水將大氣壓強p0大小不變地向各個方向傳遞．在虹吸管的最高處取一豎直的薄液片C為研究對象，這個液片C受到水平向右的壓強p1和水平向左的壓強p2作用，如如圖所示．其中向右的壓強大小為 p1＝p0－rgh1 式中h1為虹吸管頂端到左側水槽A內水面的高度差，rgh1為左側管內水柱所產生的壓強．若右側管內的水柱高度為h2，則液片C受到水平向左的壓強大小為 p2＝p0－rgh2 由于h1＞h2，因此有p1＜p2．液片C所受向左的壓強p2大于向右的壓強p1，液片將向左移動．同理，從整體看，虹吸管內的水將從水槽B流向水槽A，直至兩水槽的水面相平為止(如果這是可能的)． 由以上分析可以看出，大氣壓的存在對產生虹吸現象起著至關重要的作用．另外，虹吸管內充滿水及兩水槽A、B內水面存在高度差也是必不可少的條件．除此以外，還應注意虹吸的高度(即短管內水柱高度h2)．虹吸的高度與什么因素有關呢？這個問題留給同學進一步考慮． 虹吸是日常生活中不難見到的現象，現象本身也不復雜．但從理論上對它進行分析，涉及到的物理知識較多，如液體的壓強、大氣壓強等，有一定的難度．在物理知識的學習過程中，應該很好地體會、學習這些分析方法，并且有意識地應用所學的物理知識分析、解釋日常生活中常見的物理現象．只有這樣才能逐漸提高我們綜合運用物理知識，分析、解決物理問題的能力.

提示：