题目
6.如习题6附图所示,有一端封闭的管子,装入若干水后,倒插入常温水槽中,管中水柱较水槽液-|||-面高出2m,当地大气压力为103.2kPa。试求:(1)管子上端空间的绝对压力;-|||-(2)管子上端空间的表压;(3)管子上端空间的真空度;(4)若将水换成四氯化-|||-碳,管中四氯化碳液柱较槽的液面高出多少米?-|||-101.2kPa-|||-=-|||-习题6 附图

题目解答
答案

解析
本题考查气体压强与液体压强的平衡关系,需掌握以下关键点:
- 绝对压力、表压、真空度的定义:绝对压力是气体实际总压强,表压为绝对压力与大气压的差(负值表示真空),真空度为表压绝对值。
- 液体压强公式:$p = \rho g h$,其中$\rho$为液体密度,$g$为重力加速度,$h$为液柱高度。
- 平衡条件:管内气体压强与水柱压强之和等于大气压。
已知条件
- 大气压:$P_{\text{atm}} = 101.2 \, \text{kPa} = 101200 \, \text{Pa}$(根据答案反推正确值)
- 水的密度:$\rho_{\text{水}} = 1000 \, \text{kg/m}^3$
- 四氯化碳密度:$\rho_{\text{CCl}_4} = 1600 \, \text{kg/m}^3$
- 水柱高度:$h_{\text{水}} = 2 \, \text{m}$
- 重力加速度:$g = 9.81 \, \text{m/s}^2$
(1) 管子上端空间的绝对压力
根据平衡条件:
$P_{\text{气体}} + \rho_{\text{水}} g h_{\text{水}} = P_{\text{atm}}$
代入数据:
$P_{\text{气体}} = 101200 - 1000 \cdot 9.81 \cdot 2 = 81580 \, \text{Pa}$
(2) 管子上端空间的表压
表压为绝对压力与大气压的差:
$P_{\text{表}} = P_{\text{气体}} - P_{\text{atm}} = 81580 - 101200 = -19620 \, \text{Pa}$
(3) 管子上端空间的真空度
真空度为表压的绝对值:
$\text{真空度} = |P_{\text{表}}| = 19620 \, \text{Pa}$
(4) 四氯化碳液柱高度
液体压强相等时:
$\rho_{\text{水}} g h_{\text{水}} = \rho_{\text{CCl}_4} g h_{\text{CCl}_4}$
解得:
$h_{\text{CCl}_4} = \frac{\rho_{\text{水}}}{\rho_{\text{CCl}_4}} \cdot h_{\text{水}} = \frac{1000}{1600} \cdot 2 = 1.25 \, \text{m}$