Question

如图所示为验证查理定律的实验装置．A为烧瓶，内贮空气．B为U形管，下部与较长的软橡胶管相连．由于组装不慎，U形管左侧10cm水银柱的下方混入一段长为4cm的空气柱，左侧水银柱上表面与标志线E对齐．开始时烧瓶所在水槽内水温为7℃，U形管两边水银面相平．当水温升至63℃时，调整右边开口水银管的高度，使左侧水银柱上表面仍与标志线E对齐．已知大气压p₀=76cmHg．此时
（1）烧瓶A中的气体压强为多少？
（2）左侧管内空气柱变为多长？
（3）右侧管内水银面高度将升高多少？

Answer 1

（1）设烧瓶内空气为A，U形管中混入的空气柱为B，它们初始状态的压强分别为P_A和P_B．
由图得：P_B=P₀+ρgh=（76+14）cmHg=90cmHg
        P_A=P_B-ρgh′=（90-10）cmHg=80cmHg．
烧瓶内空气发生等容变化，由查理定律得：
   P_A′=

TA′

TA

PA=

336

280

×80cmHg=96cmHg
（2）空气柱B末态压强为：
P_B′=P_A′+ρgh′=（96+10）cmHg=106Hg
空气柱B发生等温变化，则有：
P_AL_A=P_A′L_A′
代入解得：L_A′=3.4cm
（3）在末态时，右侧管内水银面高度将升高x，则：
P_B′=P₀+ρgx+ρgh+ρgL_A′
代入得：106=76+x+10+3.5
得：x=16.6cm
答：
（1）烧瓶A中的气体压强为96cmHg．
（2）左侧管内空气柱变为3.4cm．
（3）右侧管内水银面高度将升高16.6cm．