如图所示,粗细均匀的U形管内装有同种液体,开始时,两边液面的高度差是h,管中液柱的总长度是4h,管底阀门T处于关闭状态,现将阀门打开,当两管液面相等时,右侧液面下降的速度是多大?(不计液体内部及液体和管壁的摩擦)

问题描述:

如图所示,粗细均匀的U形管内装有同种液体,开始时,两边液面的高度差是h,管中液柱的总长度是4h,管底阀门T处于关闭状态,现将阀门打开,当两管液面相等时,右侧液面下降的速度是多大?(不计液体内部及液体和管壁的摩擦)

设管子的横截面积为S,液体的密度为ρ.拿去盖板,液体开始运动,根据机械能守恒定律得:

1
4
ρhSg=
1
2
ρ•4hSgv2
解得:v=
2gh
4

答:当两管液面相等时,右侧液面下降的速度是
2gh
4

答案解析:拿去盖板,液体开始运动,当两液面高度相等时,液体的机械能守恒,即可求出右侧液面下降的速度.当两液面高度相等时,右侧高为h液柱重心下降了
1
4
h
,液体重力势能的减小量全部转化为整体的动能.
考试点:理想气体的状态方程.
知识点:本题运用机械能守恒定律研究液体流动的速度问题,要注意液柱h不能看成质点,要分析其重心下降的高度.