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某教师用“试管爬升”的实验装置来实验验证大气压的存在,其做法如下:取两个直径很小...

某教师用“试管爬升”的实验装置来实验验证大气压的存在,其做法如下:取两个直径很小的平底试管,将细管底部插入装满水的粗试管内,再将两试管迅速倒置(保持竖直),会看到细试管慢慢“爬进”粗试管里,如图所示,细试管能否在粗试管内竖直向上“爬升”,取决于开始时细试管插入粗试管的深度,如果插入过浅细试管就不能自动上升.
若细试管的重为G、外直径为d,水的密度为ρ,大气压强为p,请你通过推导计算,回答下列问题:
(1)细试管在“爬升”时,受到大气对它竖直向上的压力是多少?
(2)细试管开始插入的深度h满足什么条件时,它刚好可以向上“爬升”?
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(1)先根据圆的面积公式求出大气压作用的面积,根据压强公式求出细试管在“爬升”时受到大气对它竖直向上的压力; (2)先对细试管受力分析,细管刚好能“爬升”时细试管受力平衡,根据力的平衡条件得出等式,细试管受到上方受到的压强等于大气压减去水产生的压强,根据压强公式表示出受到的力,把细试管的面积公式代入等式即可得出答案. 【解析】 (1)大气压作用的面积: S=πr2=π()2=, 根据p=可得,细试管在“爬升”时受到大气对它竖直向上的压力: F=pS=p×=; (2)细试管受力情况如图所示: 细管刚好能“爬升”时,细试管受力平衡,则 F=G+F, 细试管受到水的压强: p水=p-ρgh, 细试管受到水的压力: F=p水S=(p-ρgh)S, ∴pS=G+(p-ρgh)S, 解得:h===. 答:(1)细试管在“爬升”时,受到大气对它竖直向上的压力是; (2)细试管开始插入的深度h不大于时,它刚好可以向上“爬升”.
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考点分析:
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(3)将烧杯中的油全部倒入量筒中,读出量筒中油的体积,如图2.
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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