精英家教網(wǎng)大家都知道:用一個(gè)杯口光滑平整的玻璃杯盛滿水,然后蓋上平整的玻璃板,用手摁住玻璃板迅速翻轉(zhuǎn),松開托住玻璃板的手,由于大氣壓的原因,玻璃板不會(huì)掉下.一個(gè)同學(xué)在回家后自己也想做這個(gè)實(shí)驗(yàn).由于家中沒有玻璃板,他就找了一張普通的紙蓋在了杯口光滑平整的玻璃杯上,而且杯中只放了一半的水.按住紙翻轉(zhuǎn)杯子、松開手,他驚呆了:水居然不流下來,如圖甲所示.已知玻璃杯粗細(xì)均勻,杯子內(nèi)底部到杯沿的高度為12×10-2m,杯中水的高度為6×10-2m,大氣壓強(qiáng)為1.013×105Pa.該同學(xué)在經(jīng)過仔細(xì)觀察后發(fā)現(xiàn),翻轉(zhuǎn)后,紙略往下凸,其平均下凸高度為0.40×10-3m(見乙圖).請通過計(jì)算說明水不流下來的原因.
分析:紙發(fā)生形變后空氣的體積略有增大,氣體壓強(qiáng)減小,根據(jù)玻意耳定律求解氣體壓強(qiáng),得到內(nèi)外壓力差,與水的重力比較,得出結(jié)論.
解答:解:杯子翻過來后紙有一定的形變,同時(shí)紙也吸收了極少的水而濕潤,即水的高度也有極小的降低,但主要原因是紙發(fā)生形變后空氣的體積略有增大,氣體壓強(qiáng)減。
杯子沒翻過來之前氣體的高度L1=6×10-2m,水的高度h=6×10-2m,
氣體的壓強(qiáng)     p1=1.013×105Pa.                                 
設(shè)杯子翻過來后氣體的高度平均為L2=6.04×10-2m                       
水的高度仍為6×10-2m,氣體溫度不變,則有:pgh=1×103×10×6×10-2=6×102Pa           
要水不流下,則氣體最大壓強(qiáng)應(yīng)為:
P3=p1-p=1.013×105-6×102=1.007×105 Pa       
由于氣體的溫度不變,現(xiàn)用玻馬定律驗(yàn)證.
p1V1=p2V2                                                   
p2=
p1V1
V2
=
1.013×105×6×10-2
6.035×10-2
=1.006×105 Pa                    
因?yàn)閜2<P3所以紙片不掉下來                   
答:水不流下來的是內(nèi)外氣體壓力差大于水的重力的緣故.
點(diǎn)評:本題是一道聯(lián)系生活實(shí)際的好題,體現(xiàn)了科學(xué)探究過程的基本流程,同學(xué)們可以親手試試.
練習(xí)冊系列答案
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科目:高中物理 來源:2006年上海市虹口區(qū)高考物理二模試卷(解析版) 題型:解答題

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