Question

粗细均匀的光滑长直玻璃管，上端封闭，下端开口，开口端竖直插入水银槽中，管中有三段水银柱，如图所示，上两段水银柱长度分别为L₁、L₂，下段水银柱与槽中水银相通，高度差为L₃，在A、B两空间均有理想气体，系统各部分均平衡．如B中气体透过中间一段水银柱与A中气体混合，再达到稳定后，则正确说法为（ ）

A．如管顶部分为真空，水银柱L₁将上升
B．如管顶部分为真空，三段水银柱总长度减小
C．如管顶部分有空气，水银柱L₁将上升
D．如管顶部分有空气，三段水银柱总长度将减小

Answer

如管顶部分为真空，大气压P=L1+L2+L3，两部分混合后压强等于L1+L2．等于原来B部分气体压强，A部分气体体积将减小，B部分体积不变大，水银柱L1将下降．大气压不变，由P=L1+L2+L3，可知三段水银柱总长度将不变．
如管顶部分有空气C，PC＜PA=PC+L1＜PB=PC+L1+L2．混合后气体的压强大于PA，分析C的压强如何变化，即可判断体积的变化，就能判断L1如何移动．根据混合气体与外界的压强差的变化，分析下部水银如何移动，判断水银柱总长度的变化．
【解析】
A、B如管顶部分为真空，则大气压P=L1+L2+L3．此时PA=L1＜PB=L1+L2．若AB混合，因为L1上端是真空，混合后压强PAB=L1+L2=PB，故知水银柱L2不动．温度不变时，A的体积必然减小，B的体积不变，故混合后总体积小于原来体积之和，所以水银柱L1将下降．因大气压不变，由P=L1+L2+L3，知三段水银柱总长度将不变．故A、B错误．
C、如管顶部分有空气C，则有PC＜PA=PC+L1＜PB=PC+L1+L2．混合后气体的压强大于PA，使C的压强增大，体积减小，故L1上升．故C正确．
D、气体被压缩，体积减小，压强增大，混合气体与外界的压强差小于L2+L3，托起的水银柱相应变短，即有水银流出细管．这也促使B的体积增大．故而水银柱总长度减小，D正确．
故选CD