16.8液柱模型-2024年高考物理一轮复习100考点100讲

2024年高考一轮复习100考点100讲 第16章 热学 第16.8讲 液柱模型 【知识点精讲】 液柱模型是指液柱封闭气体。可以是水银柱封闭玻璃管中气体，可以是在水池下面容器中的气体。 【方法归纳】 1.求液柱封闭气体压强时，一般以液柱为研究对象分析受力。 (1)液体因重力产生的压强大小为p＝ρgh(其中h为至液面的竖直高度)； (2)不要漏掉大气压强，同时又要尽可能平衡掉某些大气的压力； (3)有时可直接应用连通器原理——连通器内静止的液体，同种液体在同一水平面上各处压强相等； (4)当液体为水银时，可灵活应用压强单位“cmHg”等，使计算过程简捷。 2.液柱模型中可以利用力平衡法和等压面法求解压强。 力平衡法关注的是研究对象的受力平衡，等压面法关注的是同种液体在同一深度向各个方向的压强相等。 两种方法在解题时对象选取及解题思路不同，但对水银封闭气柱模型，结果相同。 3. 4种液柱模型 【最新高考题精练】 1.（2）（2023高考全国乙卷）如图，竖直放置的封闭玻璃管由管径不同、长度均为的A、B两段细管组成，A管的内径是B管的2倍，B管在上方。管内空气被一段水银柱隔开。水银柱在两管中的长度均为。现将玻璃管倒置使A管在上方，平衡后，A管内的空气柱长度改变。求B管在上方时，玻璃管内两部分气体的压强。（气体温度保持不变，以为压强单位） 2. （2022高考上海）如图所示，两根粗细相同的玻璃管下端用橡皮管相连，左管内封有一段长30cm的气体，右管开口，左管水银面比右管内水银面高25cm，大气压强为75cmHg。现移动右侧玻璃管，使两侧玻璃管内水银面相平，此时气体柱的长度为（ ） A. 20cm B. 25cm C. 40cm D. 45cm 3（6分）（2022·高考广东物理）玻璃瓶可作为测量水深的简易装置。如图14所示，潜水员在水面上将水装入容积为的玻璃瓶中，拧紧瓶盖后带入水底，倒置瓶身，打开瓶盖，让水进入瓶中，稳定后测得瓶内水的体积为。将瓶内气体视为理想气体，全程气体不泄漏且温度不变。大气压强取，重力加速度g取，水的密度取。求水底的压强p和水的深度h。 4．（2022新高考海南卷）足够长的玻璃管水平放置，用长的水银封闭一段长为的空气柱，大气压强为，环境温度为，将玻璃管缓慢逆时针旋转到竖直，则： ①空气柱是吸热还是放热？ ②空气柱长度变为多少？ ③当气体温度变为时，空气柱长度又是多少？ 【最新模拟题精练】 1.(2023四川南充三模) 如图所示，粗细均匀的U形细管左侧封闭，右侧装有阀门，水平部分和竖直部分长均为，管中盛有一定质量的水银。先开启阀门，U形管静止时左侧水银柱比右侧高，再关闭阀门，使U形管以某一恒定加速度向左加速，液面稳定后发现两竖直管中液面变为等高。管中气体均视为理想气体，整个过程温度不变，大气压强，重力加速度，求 （Ⅰ）静止时左侧气体的压强； （Ⅱ）关闭阀门向左加速时的加速度大小a。 2 .(2023湖南邵阳模拟) 如图所示装置中两玻璃泡的容积均为，玻璃管的容积忽略不计，开始时阀门K关闭，将上面玻璃泡抽成真空，下面玻璃泡中有一定质量的理想气体，外界大气压强为，温度为°C时，玻璃管中水银面高出水银槽内水银面h=12cm，水银密度（假设不随温度改变）为，重力加速度。 （1）如果外界大气压强保持不变，玻璃管中水银面上升2cm，则环境温度改变了多少摄氏度； （2）如果在环境温度急剧升高到t=40°C的过程中，打开阀门，改变外界大气压使玻璃管中的水银面高度几乎不发生变化，则玻璃泡中气体的压强变为多少？ （3）在（2）过程中吸收了200J热量，则气体的内能增加了多少？ 3. （2023辽宁教研联盟二模） 如图所示的粗细均匀薄壁U形管，左管上端封闭，右管开口且足够长；温度为时，右管内水银面比左管高，左管内空气柱长度，大气压强。 （1）求此时封闭气体压强大小； （2）现使左管内空气温度缓慢下降，则当左管内液面上升时，管内气体热力学温度为多少？ （3）若让整个装置自由下落，且温度保持不变，求下落过程中封闭空气柱的长度。（结果保留三位有效数字） 4. (2023鄂东南省级示范性高中教育改革联盟5月模拟)如图所示，开口向上粗细均匀、长为的玻璃管竖直放置，管内有一段高h=15cm的水银柱，封闭着长的空气柱，大气压强，管内气体的初始温度。 （1）若将玻璃管自由释放，不计阻力，不考虑管内空气温度的变化且无水银溢出玻璃管，求稳定后管内封闭空气柱的长度； （2）若，将玻璃管固定，求温度至少升到多高时，可使管内水银柱全部溢出？（计算结果保留一位小数） （3）若，将玻璃管固定，求温度至少升到多高时，可使管内水银柱全部溢出？ 5.（2023陕西宝鸡三模）（10 分）如图，一粗细均匀的细管开口向上竖直放置，管内有一段