Question

內徑均勻的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p₀=75.8cmHg，現將右管口封閉，如圖所示，然后從左側管口處將一活塞緩慢向下推入管中，直到左右兩側水銀面高度差h=6cm時為止，求活塞在左管內移動的距離．（設整個過程溫度不變）

Answer 1

分析：由題意，整個過程溫度不變，左右兩管中封閉氣體都發生等溫變化，都遵守玻意耳定律．先由此定律求出末態時右管氣體的壓強，再根據壓強關系，得到左管中氣體的壓強，由玻意耳定律求出末態時左管氣體的長度，由幾何關系求解活塞在左管內移動的距離．

解答：解：整個過程溫度不變，左右兩管中封閉氣體都發生等溫變化，都遵守玻意耳定律．
當左右兩側水銀面高度差h=6cm時，右管氣體的長度為 l′=10cm-3cm=7cm．
對右管：
由玻意耳定律得：P₀lS=P_右l′S，
得：P_右=

10

7

×P₀=

10

7

×75.8cmHg≈108.3cmHg
對左管：
由玻意耳定律，得：P₀lS=P_左l″S，
而 P_左=P_右+6=108.3cmHg+6cmHg=114.3cmHg
得：l″=

10×p0

p左

=

10×75.8

114.3

cm=6.63cm
設活塞在左管內移動的距離為x，故根據幾何關系得：
  x+6.63-3=10
得：x≈6.4（cm）
答：活塞在左管內移動的距離為6.4cm．

點評：本題是多體問題，既要隔離研究兩部分氣體各自的狀態，更要抓住兩者之間的聯系，比如體積關系和壓強關系，進行綜合求解．