Question

如圖所示，兩端封閉、粗細(xì)均勻的細(xì)玻璃管，中間用長為h的水銀柱將其分為兩部分，分別充有空氣，現(xiàn)將玻璃管豎直放置，兩段空氣柱長度分別為l₁，l₂，已知l₁＞l₂，如同時對它們均勻加熱，使之升高相同的溫度，這時出現(xiàn)的情況是：（   ）

A．水銀柱上升

B．水銀柱下降

C．水銀柱不動

D．無法確定

Answer 1

A

【錯解分析】錯解：假設(shè)兩段空氣柱的壓強(qiáng)p₁，p₂保持不變，它們的初溫為T。當(dāng)溫度升高△T時，空氣柱1的體積由V₁增至V'₁；，增加的體積△V₁=V'₁-V₁，考慮到空氣柱的總長度不變，空氣柱2的體積從V₂增至V'₂，且△V₂=V'-V₂，由蓋·呂薩克定律得：
   
在T，△T都同的情況下，因?yàn)閂₁＞V₂，所以△V₁＞△V₂，所以，水銀柱應(yīng)向下移動。選B。
【錯解原因】這道題因?yàn)槌鯗匾粯�，又升高相同的溫度，所以比較液柱移動，可能有兩種假設(shè)，一種為設(shè)壓強(qiáng)不變，另一種是設(shè)體積不變。而上述解法中假定壓強(qiáng)不變而導(dǎo)出水銀柱下降這本身就是自相矛盾的。水銀柱的移動情況是由水銀柱的受力情況決定的，而受力情況是由兩邊壓強(qiáng)的大小決定的，因此不能假設(shè)壓強(qiáng)不變。
【正解】假定兩段空氣柱的體積不變，即V₁，V₂不變，初始溫度為T，當(dāng)溫度升高△T時，空氣柱1的壓強(qiáng)由p₁增至p'₁，△p₁=p'₁-p₁，空氣柱2的壓強(qiáng)由p₂增至p'₂，△p₂= p'₂-p₂。
由查理定律得：
     
因?yàn)閜₂=p₁+h＞p₁，所以△p₁＜△p₂，即水銀柱應(yīng)向上移動。所以正確答案應(yīng)選A。
【點(diǎn)評】（1）這類題目只能按等容過程求解。因?yàn)樗�銀柱的移動是由于受力不平衡而引起的，而它的受力改變又是兩段空氣柱壓強(qiáng)增量的不同造成的所而它的受力改變又是手。
（2）壓強(qiáng)的變化由壓強(qiáng)基數(shù)（即原來氣體的壓強(qiáng)）決定，壓強(qiáng)基數(shù)大，升高相同的溫度，壓強(qiáng)增量就大。同理，若兩段空氣柱同時降低相同的溫度，則壓強(qiáng)基數(shù)大的，壓強(qiáng)減少量大。就本題而言，水銀柱將向下移動。