问题 问答题

【1996年•全国高考】如图所示,有一个直立的气缸,气缸底到气缸口的距离为L0cm,用一厚度和质量均可忽略不计的刚性活塞A,把一定质量的空气封在气缸内,活塞与气缸间的摩擦可忽略,平衡时活塞上表面与气缸口的距离很小(计算时可忽略不计),周围大气的压强为H0cmHg.现把盛有水银的一个瓶子放在活塞上(瓶子的质量可忽略),平衡时活塞到气缸底的距离为Lcm.若不是把这瓶水银放在活塞上,而是把瓶内水银缓缓不断地倒在活塞上方,这时活塞向下移压缩气体,直到活塞不再下移,求此时活塞在气缸内可能的位置以及与之相对应的条件(即题中给出量之间应满足的关系),设气体的温度不变.

答案

设整瓶水银放在活塞上后,使气缸内气体增加的压强为h厘米水银柱,

由玻意耳-马略特定律H0L0=(H0+h)L…①

解得:h=

H0(L0-L)
L
… ②

h的大小反映了水银质量的大小.

当水银注入后,活塞不再下移时,设活塞上水银的深度为△H厘米,活塞下移的距离为△x厘米,则由玻意耳-马略特定律

H0L0=(H0+△H)(L0-△x)…③

解得:△H=

H0
L0-△x
△x…④

可能发生两种情况:

(1).水银比较少,瓶内水银全部注入后,尚未灌满或刚好灌满活塞上方的气缸,这时

△H=h,⑤△H≤△x…⑥

由②④⑤三式,得△x=L0-L…⑦

活塞到气缸底的距离 L′=L0-△x=L…⑧

由④⑥⑦三式,得 L≥H0…⑨

即若L≥H0,则L′=L.

(2).瓶内水银比较多,当活塞上方的气缸灌满水银时,瓶内还剩有一定量的水银,这时:

△H=△x,⑩△H<h…(11)

由④、⑩两式,得△x=L0-H0…(12)

活塞到气缸底的距离 L′=L0-△x=H0,…(13)

由②、⑩、(11)三式,得L<H0…(14)

即若L<H0,则L′=H0

答:若水银比较少,瓶内水银全部注入后,尚未灌满或刚好灌满活塞上方的气缸,这时活塞到气缸底的距离L′=L,

当活塞上方的气缸灌满水银时,瓶内还剩有一定量的水银,这时L′=H0

单项选择题
多项选择题