如圖所示,U形彎管的兩端開口向下,左管的閥門關閉,右管中的活塞處於靜止,活塞和閥門之間的管內充滿水,左右兩管內...
問題詳情:
如圖所示,U形彎管的兩端開口向下,左管的閥門關閉,右管中的活塞處於靜止,活塞和閥門之間的管內充滿水,左右兩管內水面的高度差為h。若將閥門開啟,水會從左管流出來。已知活塞的橫截面積為S,重力為G,管外的大氣壓強為p0,水的密度為ρ.不計活塞與管壁的摩擦,則在閥門開啟前( )
A.活塞下表面所受的大氣壓的力為p0S
B.活塞上表面所受的壓強為p0﹣
C.活塞上、下表面所受的壓強差為ρgh
D.活塞所受的重力G一定小於ρghS
【回答】
ABD。
【分析】對活塞受力分析知:活塞受豎直向下的重力、豎直向上的大氣壓力、豎直向下的水的壓力,根據力的平衡知識知:G+p水S=p0S;
(1)活塞下表面與大氣接觸,所受的大氣壓豎直向上的力為p0S;
(2)對活塞分析即可得出活塞上表面所受的壓強;
(3)若將閥門開啟,水會從左管流出來,說明大氣壓小於水產生的壓強,即p0<p水+ρgh,此時與①比較即可得出活塞上、下表面所受的壓強差和活塞所受的重力G與ρghS的關係。
【解答】解:對活塞受力分析知:活塞受豎直向下的重力、豎直向上的大氣壓力、豎直向下的水的壓力,根據力的平衡知識知:G+p水S=p0S﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
所以活塞下表面所受的大氣壓豎直向上的力為p0S,故A正確;
由①式得:p水S=p0S﹣G,
活塞上表面所受的壓強為:p水=p0﹣,故B正確;
由①式得:p0=p水+﹣﹣﹣﹣﹣﹣②
若將閥門開啟,水會從左管流出來,說明大氣壓小於水產生的壓強,即p0<p水+ρgh﹣﹣﹣﹣﹣﹣③
結合②③得,p水+<p水+ρgh,
所以<ρgh,即G<ρghS,故D正確;
活塞上、下表面所受的壓強差為:
△p=p0﹣p水=p水+﹣p水=<ρgh,故C錯誤。
【點評】本題考查了對物體受力分析,根據平衡力和非平衡力的知識即可解答,有一定的難度。
知識點:大氣壓強
題型:多項選擇
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