题目

某物理学习兴趣小组设计了一个测定水深的深度计，如图所示，导热性能良好的圆柱形气缸Ⅰ、Ⅱ内径分别为D和2D，长度均为L，内部分别有轻质薄活塞A，B，活塞密封性良好且可无摩擦左右滑动，气缸Ⅰ左端开口，外界大气压强为 ， 气缸Ⅰ内通过A封有压强为的气体，气缸Ⅱ内通过B封有压强为的气体，两气缸通过一细管相连，初始状态A、B均位于气缸最左端，该装置放人水下后，通过A向右移动的距离可测定水的深度，已知相当于10m高的水柱产生的压强，不计水温随深度的变化，被封闭气体视为理想气体，求：①当B刚要向右移动时，A向右移动的距离；②该深度计能测量的最大水深。 答案：解：①当B刚要向右移动时，Ⅰ中气体压强为4p0，设A向右移动x，对I内气体，由玻意耳定律得p0SL=4p0S(L−x)其中S=π（D2）2解得x=34L ②该装置放入水下后，由于水的压力A向右移动，Ⅰ内气体压强逐渐增大，当压强增大到大于4p0后B开始向右移动，当A恰好移动到缸底时所测深度最大，此时原Ⅰ内气体全部进入Ⅱ内，设B向右移动y距离，两部分气体压强均为p2。对原Ⅰ内气体，由玻意耳定律得p0SL=p2×4Sy对原Ⅱ内气体，由玻意耳定律得4p0×4SL=p2×4S(L−y)又此时A有p2=p0+ρghm联立解得 hm=32.5m

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