题目
[例题1]用双U形管测压计测量两点的压强差,如图-|||-所示,已知 _(1)=600mm, _(2)=250mm, _(3)=200mm,-|||-_(4)=300mm, _(5)=500mm, (rho )_(1)=1000kg/(m)^3 , (rho )_(2)=800kg/(m)^3,-|||-(rho )_(3)=13598kg/(m)^3, 试确定A和B两点的压强差。-|||-A ρ2-|||-B-|||-4-|||-2 2-|||-h1 h-|||-h2 h3 h-|||-1 1 3 3-|||-ρ3

题目解答
答案

解析
考查要点:本题主要考查双U形管测压计的压强计算,涉及静止流体中压强分布规律及连通器原理的应用。
解题核心思路:
- 明确各测压计管路的连通关系,确定各点压强的等效关系;
- 建立压强平衡方程,通过同一水平面压强相等的原则联立方程;
- 代入已知数据,逐层代换求解压强差。
破题关键点:
- 识别参考点:A点与P₁等压,B点与P₄等压;
- 分层分析:沿液体分层方向逐段计算压强变化,注意液体密度与高度的对应关系;
- 联立方程:利用空气相通处压强相等(如P₂=P₃)消元,最终求出P_A - P_B。
步骤1:确定压强等效关系
- A点与P₁等压:A点所在测压计管与外界空气相通,故 $P_A = P_1$;
- B点与P₄等压:B点所在测压计管与另一侧空气相通,故 $P_B = P_4$。
步骤2:建立压强平衡方程
- P₁与P₂的关系:
液体ρ₂的压强作用使 $P_1 = P_2 + \rho_2 g h_2$; - P₃与P₄的关系:
液体ρ₃的压强作用使 $P_3 = P_4 + \rho_3 g h_4$; - 空气相通处压强相等:
P₂与P₃处于同一水平面且连通,故 $P_2 = P_3$。
步骤3:联立方程求解
- 将 $P_2 = P_3$ 代入 $P_1 = P_2 + \rho_2 g h_2$,得:
$P_1 = P_3 + \rho_2 g h_2$ - 将 $P_3 = P_4 + \rho_3 g h_4$ 代入上式,得:
$P_1 = P_4 + \rho_3 g h_4 + \rho_2 g h_2$ - 由 $P_A = P_1$ 和 $P_B = P_4$,得压强差:
$P_A - P_B = \rho_3 g h_4 + \rho_2 g h_2$
步骤4:代入数据计算
- $\rho_3 = 13598 \, \text{kg/m}^3$,$h_4 = 300 \, \text{mm} = 0.3 \, \text{m}$;
- $\rho_2 = 800 \, \text{kg/m}^3$,$h_2 = 250 \, \text{mm} = 0.25 \, \text{m}$;
- $g = 9.81 \, \text{m/s}^2$。
计算得:
$\begin{aligned}P_A - P_B &= 13598 \times 9.81 \times 0.3 + 800 \times 9.81 \times 0.25 \\&= 3994.74 \times 0.3 + 7.848 \times 0.25 \\&= 1198.422 + 1.962 \\&= 7.4789 \times 10^4 \, \text{Pa}\end{aligned}$