压强计(manometer)是一根装有液体的 U 形管,用来比较两个压强。**压强差等于 ρ × g × h,其中 h 是两个液面之间的垂直高度差。**液面较低的那一边,连接的是较高的压强。
压强计的图示是否在考试范围,取决于你所考的大纲年份,请查看 Cambridge 当前页面。这里的推理,就是把前面几课的液体压强用在图上。
压强计是怎样工作的?
想象一根 U 形管,一臂通向空气,另一臂接到气体供应。气体把自己那一臂的液体往下压。空气把开口那一臂的液体往下压。
如果两个压强相等,两边液面一样高。如果气体压强较高,气体一侧的液面被压低,开口一侧升高。高度差就是 h,气体压强 = 大气压 + ρgh。
如果开口一侧的液面较低,气体压强就比大气压低,气体压强 = 大气压 − ρgh。
读任何压强计图示的步骤
- 找出两个液面,分别画一条水平线。
- 量出两线之间的垂直距离 h,单位为米。
- **判断哪一边被压得更低。**那一边的压强较高。
- 计算 ρgh,用液体的密度和所给的 g。
- 从大气压加上或减去它,看是哪一边。
- 答案用帕斯卡表示,并说明它是表压(只有 ρgh)还是总压。
例题
一个水压强计接到气体供应。开口一臂的水面比气体一臂高 0.25 m。
大气压为 1.0 × 10⁵ Pa。求气体压强。取 ρ = 1000 kg/m³,g = 10 N/kg。(自编示例数据。)
**步骤 1,哪一边被压低:**气体一臂的液面较低,所以气体压强高于大气压。
**步骤 2,压强差:**ρgh = 1000 × 10 × 0.25 = 2500 Pa。
**步骤 3,气体压强:**100 000 + 2500 = 102 500 Pa,即 1.025 × 10⁵ Pa。
**检查:**0.25 m 的水柱只造成 2500 Pa,相对大气压很小,所以气体只比大气压略高。这合情合理。
要留意的错误
常见的失误是图示要求减,却做了加。
**错误答案:**水银压强计中,开口一臂的液面比气体一臂低 40 mm。学生写成气体压强 = 100 000 + 5440 = 105 440 Pa。
如果开口一臂较低,说明空气那一边被压得更低,所以气体压强低于大气压。
纠正:ρgh = 13 600 × 10 × 0.040 = 5440 Pa,气体压强 = 100 000 − 5440 = 94 560 Pa。计算之前,先问哪一边的液面较低。那一边的压强较高。
自我检测
取 g = 10 N/kg,大气压为 1.0 × 10⁵ Pa。
1. 某压强计里的液体是密度 900 kg/m³ 的油,两边液面相差 0.10 m。求压强差。
显示答案
p = ρgh = 900 × 10 × 0.10 = 900 Pa
2. 某压强计两边的液面一样高。气体压强是多少?
显示答案
没有高度差,所以气体压强等于大气压,即 1.0 × 10⁵ Pa。
3. 一个水银压强计(13 600 kg/m³)的开口一臂比气体一臂高 0.050 m。求气体压强。
显示答案
ρgh = 13 600 × 10 × 0.050 = 6800 Pa。气体一臂较低,所以气体压强较高:100 000 + 6800 = 106 800 Pa。
接下来学什么
如果压强计题的单位出了问题,请回头看由力和面积求压强。然后用压强练习题测试全部内容。
图示正是一对一教学最有帮助的地方,因为老师可以和你一起画图、改图。这是线上一对一物理补习的一部分。