Question

如果将一试管倒插入水银槽中,试管中的液面比外面高H,则管内空气的压强为

为什么是P0-H 如果以试管顶部受力分析的话怎么得出这个结论?

Answer 1

你说的P0是大气压吧?H应该是指水银柱的高度
一个大气压是1.01*10^5
Pa，同时也是760毫米汞柱。后面这种计量方法不是国际通用的标准计量方法，但是也较为常见。意思就是说760毫米高的水银柱给底面的压强，就等于1.01*10^5
Pa，即一个标准大气压(关于这部分更详细的可以参照下面的说明)
至于受力分析呢，如果忽略试管本身的重量，那么试管在外部受一个向下的大气压力，在内部受一个向上的大气压力，所以是平衡的。
当试管放入水银槽中，试管内突出一截水银柱，此时试管也是稳定的。那么说明受力仍然平衡，外部大气压没变，内部被H高度的水银柱占去了一部分压力，那么说明气体的压力应该是外部的大气压减去内部已有的水银柱压力，所以压强就是P0-H
但一般不用试管来分析……而是用水银槽中的水银平面来分析~
这一平面在试管外受一个大气压，试管内应该也等于一个大气压。现在试管内高出的H水银柱和内部气体总共构成了一个大气压用来平衡外部大气压。既然水银柱的压强是H(毫米汞柱，此处注意“毫米汞柱”本身就已经是压强单位了，不用换算成帕斯卡)，那么试管内气体就应该是P0-H
关于“毫米汞柱”的解释:
之所以出现这种奇怪的“帕”+“毫米汞柱”的单位，是因为气压的不同计算方法造成的。很多出题人和我们学的不一样，是比较老的物理学，那会儿的课本中单位还没有完全统一成“国际标准”的算法，所以会有这种莫名其妙的题目出来。
气压的表达方式除了通用的“帕斯卡”以外，还曾有过“毫米汞柱”的说法。这种说法的出现是因为最初测量气压值时，用的仪器类似于现在的温度计，也是一个玻璃管里装了些液体，旁边写满了刻度。这样测很直观而且很快。刻度所代表的是水银柱高出某个参照面的高度，因而单位就是“毫米汞柱”