正文 第16章 物理活動課內容選編(6)(3 / 3)

以上幾類問題均可通過分析壓強的變化來解決。不同的問題,分析壓強變化的方法不同,現舉例說明:

例1兩端封閉的U形管內有一段水銀柱如圖1,右端水銀麵比左端高,左端氣體溫度比右端高,當使兩端空氣柱升高同樣溫度時,水銀麵變化情況是:

A左降右升;B左升右降;C保持原狀;D上述情況都有可能。

析與解本題屬第一類問題。解答這類問題先假定氣體體積不變,分析氣體壓強的變化情況。即先假定水銀麵位置不變,則左右兩側氣體做等容變化,比較兩側氣體壓強隨溫度的變化情況而得出結論。哪一邊壓強增量小液柱就向哪邊移動。

壓強隨溫度變化情況可根據公式△p=(T/p)△T得知。由題知:溫度升高前p左>p右,T左>T右,故氣體壓強增量可能出現三種情況:左側增量大,右側增量大;兩側增量相等,故應選D。

例2如圖2所示,外界大氣壓為1標準大氣壓,當玻璃管豎直放置時,管內外水銀麵高度差h=74厘米,若保持溫度不變,則玻璃管緩慢向上提起時,管內水銀柱長度將:

A變小;B變大;C不變;D無法確定。

析與解本題屬於第二類問題。先假定氣體體積不變,則隨玻璃管上提,管內外水銀麵高度差增大,這時氣體所受外界壓強將減小,氣體將膨脹,據玻意耳一馬略特定律知平衡後氣體壓強將減小,即平衡後的氣體壓強P′氣=P0-Ph′將小於初始的氣體壓強P氣=P0-Ph由此得Ph′>Ph,即P汞gh′>P汞gh,進而得,h′>h,即管內水銀柱長度變大,故應選B。

類似的方法還可以分析將管下壓,傾斜等情況下水銀柱的長度變化,氣柱的長度變化等問題。這一類問題利用圖象法很難解決。

例3U形管兩端封閉有氣體,U形管豎直放置時,兩管水銀麵的高度差如圖3所示,如果U形管自由下落,則:

A水銀向A管流動,使兩管水銀麵高度差增加;B水銀向B管流動,使兩管水銀麵高度差減小;C水銀不流動,原兩管水銀麵高度差不變;D因不知封閉氣體原來的壓強,故無法判定。

析與解本題屬第三類問題。解答此類問題應結合牛頓第二定律來分析,即根據加速度的方向確定水銀柱所受合外力方向,進而得出與水銀柱所接觸的氣體的壓強如何變化,從而得出結論。此題可選A管高出B管的水銀柱為研究對象,當係統自由下落時,說明水銀柱所受合外力向下,不難得出A端壓強增大,氣體體積減小,故應選A。

同樣的方法還可分析向上加速、水平加速及管繞某一軸旋轉等問題。

例4如圖4,上端封閉的連通器A、B、C三管中水銀麵相平,三管橫截麵積的關係是SA>SB>SC,管內水銀上方的空氣柱長度關係為lA<lB<lC,若從下方通過閥門K流出少量水銀(保持三管中均有水銀),則三管中水銀麵的高度關係是:

A管A中水銀麵最高;B管C水銀麵最高;C一樣高;D條件不足,不能確定。

析與解此題屬第四類問題。此類問題的解題思路是:可假設三管中氣體隨水銀的流出均等溫膨脹為原來的n倍。因原來三管液麵相平,氣體壓強相等,由玻意耳-馬略特定律可知三管氣體膨脹相同倍數後,氣體的壓強仍相等,而此時管C中液麵最低,又造成液、氣係統不可能平衡。要平衡,管C中氣體壓強應增大,必須氣柱縮短、液麵升高,與此同時A、B中的液麵下降,但因SA>SB>SC,所以A中液麵下降最少。顯然,水銀流出管A液麵總保持最高,故應選A。

綜上所述,解答液柱移動類問題,關鍵是找出氣體壓強如何變化,進而確定水銀柱如何移動。第一類先假定等容,由查理定律判斷壓強的增量;第二類問題可利用假設法結合玻意耳-馬略特定律來分析;第三類是結合牛頓運動定律來分析,故在實際問題中應采用不同的方法靈活處理。

光學小實驗

同學們已經學習了一些光學的初步知識,現在請你們動手作幾個有趣的光學小實驗,在實驗過程中希望你們能做到:邊動手實驗,邊用眼觀察、邊動腦思考、最後總結出應有的結論。

實驗一,如圖1所示:在桌麵上放一塊木板,在木板上鋪一張白紙,紙上畫一條直線EF,將平麵鏡的底邊沿這條線放在紙上,在鏡前畫一條直線AB與EF交於O點,在直線AO上插大頭針A和B。

觀察平麵鏡裏有什麼現象出現?A′和B′是大頭針A、B的什麼像(虛像還是實像?)在鏡前插上大頭針C,插針時用眼沿A′B′O線觀察,直到C和A′B′O完全重合時,才把C針插上。同樣再插上大頭針D。

手裏再拿一枚大頭針H,在鏡後找A′的位置,當用眼觀察到H和A′完全重合時,插上H針,則大頭針H的位置即為虛像A′的位置。取下平麵鏡,連接CDO,AA′直線,用尺量A′I和AI,將發現AI=A′I,∠AIO=90°,想一想這種現象說明了什麼問題?可以得出什麼結論?

通過實驗證明了平麵鏡所成虛像的位置A′和物體位置A對鏡麵對稱,鏡麵恰好是物體和虛像連線垂直平分線。