Question

（15分）一端封閉一端開口，內(nèi)徑均勻的直玻璃管注入一段60mm的水銀柱，當管水平放置達到平衡時，閉端空氣柱長140mm，開口端空氣柱長140mm，如圖所示。若將管輕輕倒轉(zhuǎn)后再豎直插入水銀槽內(nèi)，達到平衡時，管中封閉端空氣柱A長133mm，如圖所示（設(shè)大氣壓強為1.01325×10⁵Pa（760mmHg），溫度保持不變），求槽中水銀進入管中的長度H=？

Answer 1

正確解析：把全過程分為兩個過程看待。

　　第一個過程：從水平到豎直尚未插入

　　對A氣體：p_AV_A=p'_AV'_A

　　

　　對B氣體：L'_B=(140×2－152)=128(mm)

　　p'_B= p₀ =760(mmHg)

　　第二個過程：當玻璃管插入水銀槽后

　　對A氣體：p_A?V_A=p''_AV''_A

　　

　　可以求得p''_B=（800+60）=860（mmHg）

　　對B氣體；初態(tài)為豎直尚未插入，未態(tài)為已經(jīng)插入后

p'_BV'_B=p''_BV''_B

　　所以，水銀進入管中的水銀長度為：H=(140×2－133－133)=34(mm)

錯解分析：錯解：以水平放置作為初態(tài)，以豎直插入水銀槽后作為末態(tài)，分別對A，B兩部。分氣體應(yīng)用玻意耳定律

　　對A氣體：p_AV_A=p'_A?V'_A

　　

　　對于B氣體：p_BV_B=p'_BV'_B因為p'_B=p'_A+h=800+60=860(mmHg)

　　

則進入玻璃管中的水銀柱長H=（L_A+L_B）－（L'_A+L'_B）

H=[（140+140）－（133+123.72）]=23.28（mm）

　　初看上述解題過程似乎沒有問題，實際上，認真分析解題的全過程不難發(fā)現(xiàn)，在玻璃管豎直倒立的過程中，當其還未插入水銀槽內(nèi)時，水銀受重力作用要下降，故封閉端空氣柱變長，開口端空氣柱變短，說明開口端有空氣溢出，即B部分氣體質(zhì)量減少（不是定質(zhì)量）。這部分研究對象的質(zhì)量發(fā)生了變化，但如仍草率地認為初態(tài)水平，末態(tài)豎直插入的這兩個狀態(tài)是質(zhì)量不變，而應(yīng)用玻馬定律，固而造成上述失誤。