Question

大家都知道：用一个杯口光滑平整的玻璃杯盛满水，然后盖上平整的玻璃板，用手摁住玻璃板迅速翻转，松开托住玻璃板的手，由于大气压的原因，玻璃板不会掉下．一个同学在回家后自己也想做这个实验．由于家中没有玻璃板，他就找了一张普通的纸盖在了杯口光滑平整的玻璃杯上，而且杯中只放了一半的水．按住纸翻转杯子、松开手，他惊呆了：水居然不流下来，如图甲所示．已知玻璃杯粗细均匀，杯子内底部到杯沿的高度为12×10^-2m，杯中水的高度为6×10^-2m，大气压强为1.013×10⁵Pa．该同学在经过仔细观察后发现，翻转后，纸略往下凸，其平均下凸高度为0.40×10^-3m（见乙图）．请通过计算说明水不流下来的原因．

Answer 1

分析：纸发生形变后空气的体积略有增大，气体压强减小，根据玻意耳定律求解气体压强，得到内外压力差，与水的重力比较，得出结论．

解答：解：杯子翻过来后纸有一定的形变，同时纸也吸收了极少的水而湿润，即水的高度也有极小的降低，但主要原因是纸发生形变后空气的体积略有增大，气体压强减小．
杯子没翻过来之前气体的高度L₁=6×10^-2m，水的高度h=6×10^-2m，
气体的压强     p₁=1.013×10⁵Pa．                                 
设杯子翻过来后气体的高度平均为L₂=6.04×10^-2m                       
水的高度仍为6×10^-2m，气体温度不变，则有：p_水=ρ_水gh=1×10³×10×6×10^-2=6×10²Pa           
要水不流下，则气体最大压强应为：
P₃=p₁-p_水=1.013×10⁵-6×10²=1.007×10⁵ Pa       
由于气体的温度不变，现用玻马定律验证．
p₁V₁=p₂V₂                                                   
p₂=

p1V1

V2

=

1.013×105×6×10-2

6.035×10-2

=1.006×10⁵ Pa                    
因为p₂＜P₃所以纸片不掉下来                   
答：水不流下来的是内外气体压力差大于水的重力的缘故．

点评：本题是一道联系生活实际的好题，体现了科学探究过程的基本流程，同学们可以亲手试试．