同一容器中装有密度不同且不能混合的三种液体,甲、乙、丙三条有阀门的细管均与大气相通,如图所示.打开阀门后,管内液面高度正确的是
A.甲管内液面与容器内液面相平
B.甲、乙、丙三条管内液面相平
C.甲管液面最低,丙管液面最高
D.甲管液面最高,丙管液面最低
D
根据连通器原理判断甲管内的液面和容器内液面相平.
由于打开阀门后,乙管和容器交界的液片AB2和丙管和容器交界的液片AB3都处于静止状态,受到的向左和向右的压力相同,压强相同.
把乙管分成两部分,其中的h2B产生的压强和h'2产生的压强相等,h2A产生的压强和h1产生的压强相等,由于密度的不同,判断液体深度的大小.
把丙管分成三部分,其中的h3C产生的压强和h'3产生的压强相等,h3B产生的压强和h''2产生的压强相等,h3A产生的压强和h1、h'2产生的压强相等,由于密度的不同,判断液体深度的大小.
解答:解:由于三种液体不相混合,从图可知,ρ1<ρ2<ρ3,
当打开甲、乙、丙三个阀门时,
甲管:甲管和容器上层形成一个连通器,甲管和容器的上层都装有ρ1,静止时液面是相平的.
乙管:液体静止,乙管和容器交界的液片AB2处于静止状态,受到的向左和向右的压力相同,向左和向右压强相同.
所以,ρ2gh2A+ρ2gh2B=ρ1gh1+ρ2gh'2,
因为h2B与h'2等高,所以ρ2gh2B=ρ2gh'2,
所以ρ2gh2A=ρ1gh1,
又因为ρ2>ρ1,
所以,h2A<h1,
所以,h2A+h2B<h1+h'2,
所以乙管液面低于甲管液面.
丙管:液体静止,丙管和容器交界的液片AB3处于静止状态,受到的向左和向右的压力相同,向左和向右压强相同.
所以,ρ3gh3A+ρ3gh3B+ρ3gh3C=ρ1gh1+ρ2gh2+ρ3gh'3,
因为h3C与h'3等高,--①
所以ρ3gh3C=ρ3gh'3,所以,ρ3gh3A+ρ3gh3B=ρ1gh1+ρ2gh2,
把液体ρ2分成两段h'2和h''2,
ρ3gh3A+ρ3gh3B=ρ1gh1+ρ2g(h'2+h''2),
ρ3gh3A+ρ3gh3B=ρ1gh1+ρ2gh'2+ρ2gh''2,
假如h3B产生的压强和h''2产生的压强相等,即ρ3gh3B=ρ2gh''2,
因为ρ3>ρ2,所以,h3B<h''2,--②
假如h3A产生的压强和h1、h'2产生的压强相等,即ρ3gh3A=ρ1gh1+ρ2gh'2,
又因为h1、h'2产生的压强和h2A、h2B相等,
所以,ρ3gh3A=ρ1gh1+ρ2gh'2=ρ2g(h2A+h2B),
因为,ρ3>ρ2,
所以,h3A<h2A+h2B,--③
由①②③得,h3A+h3B+h3C<h2A+h2B+h''2+h'3.
所以,丙液面低于乙液面,乙液面低于甲液面.
故选D.
点评:本题考查了连通器的原理、二力平衡、液体压强,利用分割的方法、等效替代、控制变量法进行解题.
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