由托里拆利實(shí)驗(yàn)想到的

高小琴

將長為1 m一端封閉的玻璃管內(nèi)裝滿水銀后，用拇指摁住開口端，豎直插入水銀槽中，將拇指放開后會發(fā)現(xiàn)管內(nèi)水銀面將會下降，直到管內(nèi)外液面的高度差減小到76 cm為止，這是大家耳熟能詳?shù)耐欣锊鹄麑?shí)驗(yàn)。

聯(lián)想一：若在實(shí)驗(yàn)操作過程中不慎將部分空氣漏入管內(nèi)，管內(nèi)的液柱將如何變化？

分析：由于漏入管中的氣體對液柱會產(chǎn)生向下的壓力作用，液面將會下降，而且漏入的空氣越多，液柱下降得越多。

聯(lián)想二：若玻璃管內(nèi)封入一段空氣柱，且玻璃管恰能靜止在槽中某一位置，若此時將玻璃管向下按一小段距離后釋放，玻璃管將如何運(yùn)動？

分析：假設(shè)向下按玻璃管時，管內(nèi)空氣柱的體積保持不變，管內(nèi)外液面的高度差增大，大氣壓將水銀壓入管中，致使管底密閉氣體體積減小，根據(jù)玻意爾定律，氣體壓強(qiáng)增大，此時以玻璃管為研究對象ps>p0s+mg，玻璃管向上做加速度逐漸減小的加速運(yùn)動，當(dāng)玻璃管再次受力平衡時，管的速度最大，隨后由于慣性，管將繼續(xù)向上運(yùn)動，直到速度減小為零，此時管內(nèi)氣體壓強(qiáng)p

聯(lián)想三：若用力將玻璃管按到水銀面下，且在水銀面下某一位置處恰能處于靜止?fàn)顟B(tài)，此時若稍將玻璃管向下按，玻璃管將如何運(yùn)動？

分析：當(dāng)將玻璃管壓入水銀面下之后，管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)增大，體積減小，此時以玻璃管為研究對象，它受重力和浮力作用，F(xiàn)浮=

ρ液gv排，管內(nèi)空氣柱體積減小，管所受向上的浮力減小，這種情況下，玻璃管將向下做加速運(yùn)動。反之，若將管向上提一小段距離，管將向上做加速運(yùn)動。

聯(lián)想四：管內(nèi)封入一段空氣柱，現(xiàn)保持槽內(nèi)水銀面外玻璃管的長度L不變，將管略傾斜，如果溫度和槽內(nèi)水銀面的高度保持不變，待再次達(dá)到穩(wěn)定時，玻璃管內(nèi)液柱的長度及管內(nèi)氣體的壓強(qiáng)將如何變化？

分析：假設(shè)管內(nèi)空氣柱和水銀柱的長度都不變，以水銀柱為研究對象，由于液柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)小于大氣壓與管內(nèi)氣體產(chǎn)生的壓力差，故液柱會向管內(nèi)運(yùn)動，同時管內(nèi)氣體的體積減小，壓強(qiáng)增大。

氣體壓強(qiáng)，是選修3-3的重點(diǎn)，其中關(guān)于玻璃管內(nèi)氣體壓強(qiáng)的變化以及玻璃管在外界條件變化時的運(yùn)動情況是本章常見的一類型題目。綜上所述，分析液柱的變化一般假設(shè)管內(nèi)氣體體積不變，然后根據(jù)外界條件的變化分析液柱的變化，最后結(jié)合氣體三大定律分析。如要解決玻璃管的運(yùn)動情況，則以玻璃管為研究對象進(jìn)行受力分析。

編輯 張珍珍