图是某同学自制的盛水容器的示意图,容器口的橡皮塞中插有一根两端开口的玻璃管,橡皮塞与玻璃管之间、橡皮塞与容器口之间都是密闭的,玻璃管内的水面恰好与下端管口相平。打开阀门K,接一杯水后,关闭阀门,此时玻璃管的下端仍在水中。则接水后与接水前相比较( )
A.玻璃管外的水面下降
B.玻璃管口的水面上升
C.容器底内表面a点的压强不变
D.容器内玻璃管外的气体压强变大
解析:如下图所示。设瓶内液面与管内液面之间的高度差为h,大气压为P0,瓶内气压为P。则
管内下表面的液面(红色液面)上方受到的压强为P0,下表面受到的压强为:P+ρgh
因此液体静止,所以
P0=P+ρgh
当放掉一杯水后,瓶内液面下降,设管内液面不变(图2所示),两液面高度差设为h’,瓶内气压为P’。则管内红色液片上表面所受压强不变,下表面所受压强为P’+ρgh’
显然
h’
ρgh’ <ρgh
同时,液面下降,瓶内体积增大,压缩减小。故
P’
P’+ρgh’
即:放出一杯水后,管内红色液片下表受到的压强小于大气压,大气将进入瓶内,直至液片上下表面压强相等。可见
A选项正确。放出水后,瓶内的水体积减小,液面下降;
B选项错误。大气进入瓶内,管口处的液体不能上升;
C选项正确。因其离开液体自由面(与大气接触面)的距离(深度)不变,所以压强不变;
D选项正确。因为重新平衡后,P0 = P’+ρgh’,P0不变,h’变小,P’必然增大。
答案:A C D
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