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7.如图所示,两端开口的U型管粗细均匀,左右两管竖直,底部的直管水平,水银柱的长度如图中标注所示,水平管内两段空气柱a、b的长度分别为10cm、5cm.在左管内缓慢注入一定量的水银,稳定后右管的水银面比原来高h=10cm.已知大气压强P0=76cmHg,求向左管注入的水银柱长度.

分析 根据玻意耳定律求出注入水银后两部分气体的长度,再结合几何关系即可求解向左管注入的水银柱长度;

解答 解:初状态a、b两部分空气柱的压强:P1═76cmHg+14cmHg=90cmHg…①
因右管水银面升高的高度10cm<12cm,故b空气柱仍在水平直管内.末状态a、b两部分空气柱的压强:P2=76cmHg+14cmHg+10cmHg=100cmHg…②
设末状态a、b两部分空气柱的长度分别为La2、Lb2
对a部分空气柱,根据波意耳定律:P1La1S=P2La2S…③
对b部分空气柱,根据波意耳定律:P1Lb1S=P2Lb2S…④
代入数据解得:La2=9cm       Lb2=4.5cm
左管所注入的水银柱长度:L=2h+(La1+Lb1)-(La2+Lb2)…⑤
代入数据解得:L=21.5cm…⑥
答:向左管注入的水银柱长度为21.5cm.

点评 本题关键是判断末状态时b空气柱仍在水平直管中,分析两部分气体的状态参量,气体发生等温变化,由玻意耳定律求解即可.

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