Question

把一端封閉的粗細(xì)均勻的玻璃管放在傾角為30⁰的斜面上，開始時讓玻璃管不動，管中有一段16cm長的水銀柱將長為20cm長的空氣封入管內(nèi)，如果讓玻璃管在斜面上加速下滑，如圖所示。已知玻璃管與斜面間的動摩擦因數(shù)μ=，外界大氣壓強(qiáng)為76cmHg，

求玻璃管沿斜面勻加速下滑時，封閉的氣柱長度為      cm，設(shè)斜面足夠長，能保證玻璃管穩(wěn)定勻加速下滑。

Answer 1

22cm

設(shè)水銀柱和玻璃管的質(zhì)量分別為m和M，以水銀柱和玻璃管為研究對象，根據(jù)牛頓第二定律得：
（m+M）gsin30⁰―μ（m+M）gcos30⁰ =（m+M）a 得：a="g/4"
以水銀柱為研究對象，設(shè)管的橫截面積為S，根據(jù)牛頓第二定律得：
P₀S+mgsin30⁰―PS=ma
因為m="ρl" S ，l=16cm，P₀=76cmHg
所以管內(nèi)氣體壓強(qiáng)為 P=P₀+ρgl/4="76+16/4=80cmHg"
有氣體等溫定律 可知 （76+8）*20="80L  " L=22cm
點撥：計算氣體壓強(qiáng)是解決氣體問題的一個關(guān)鍵點，基本方法是：以封閉氣體的液柱（或活塞、缸體等）為力學(xué)研究對象，分析受力，列出牛頓第二定律方程（靜止時即a=0）即可求解。對于靜止情形，常用到初中物理學(xué)到的流體知識：①靜止液體壓強(qiáng)公式；②若液面與外界大氣壓接觸時，靜止液體深h處壓強(qiáng)為；③帕斯卡定律：加在密閉液體上的壓強(qiáng)，能夠大小不變地由液體向各個方向傳遞；④連通器原理：連通的同一種液體中同一水平面上的壓強(qiáng)相等。⑤利用“液片”分析壓強(qiáng)。