探究液體內(nèi)部壓強特點實驗

陳莉

探究液體內(nèi)部壓強特點實驗一直是近幾年中考考查的重點之一，它考查了同學(xué)們分析與解決問題的能力。下面對實驗涉及的知識進行歸納和分析。

[實驗要點]

探究液體內(nèi)部壓強特點實驗需要注意以下5點。（1）由于液體內(nèi)部壓強大小與深度和液體密度有關(guān)，因此，本實驗采用的方法為控制變量法。由于實驗時通過壓強計U形管兩側(cè)液面高度差來反映液體壓強大小，所以本實驗也采用了轉(zhuǎn)換法。（2）實驗前應(yīng)檢查實驗裝置的氣密性（用手指壓橡皮膜，觀察U形管中液面高度差的變化）。（3）實驗前檢查U形管，若液面不相平，調(diào)節(jié)方法是拆除橡皮管后再重新安裝。（4）在運用控制變量法進行探究實驗時，首先保持探頭在水中深度不變，再改變探頭方向，其次增大探頭在水中的深度，最后換用不同的液體。（5）根據(jù)探究實驗得出結(jié)論：①在液體內(nèi)部液體向各個方向都有壓強，在同一深度，各個方向的壓強大小相等;②液體內(nèi)部壓強隨著深度的增加而增大;③液體內(nèi)部壓強大小還跟液體密度有關(guān)，在深度相同時，液體密度越大，壓強越大。

[實驗拓展]

在做探究液體內(nèi)部壓強特點的實驗時，當(dāng)壓強計的金屬盒探頭處在液體中相同深度時，為了使實驗現(xiàn)象更明顯，壓強計U形管中的液體一般選擇密度小的液體，這樣U形管兩側(cè)液面高度差相對較大，實驗現(xiàn)象更明顯。

在做探究液體內(nèi)部壓強大小只與液體密度和深度有關(guān)，而與液體的質(zhì)量、體積、重力、容器的底面積、容器形狀均無關(guān)的實驗時，液體的深度是指從自由液面到液體中某一點的豎直距離。如圖1所示中A、B、C三點的深度都是h = 20 cm，因此這三點的液體壓強相等。

[典例精析]

例 1（2020·山東·青島）如圖2是探究液體內(nèi)部壓強特點的實驗。

（1）用壓強計和盛有水的容器進行實驗，情形如圖2中A～C所示。比較A、B可知：在液體內(nèi)部的同一深度，向 的壓強都相等;比較A、C可知：液體內(nèi)部壓強的大小跟 有關(guān)。

（2）用如圖D所示的容器也可以探究液體內(nèi)部的壓強。容器中間用隔板分成互不相通的左右兩部分，隔板上有一圓孔用薄橡皮膜封閉，橡皮膜兩側(cè)壓強不同時其形狀發(fā)生改變。用此容器進行的兩次實驗，情形如圖E、F所示，由此可推斷：a、b兩種液體密度的大小關(guān)系是ρa ρb，a、c兩種液體密度的大小關(guān)系是ρa ρc 。

解析：由于液體內(nèi)部壓強與液體的密度和深度有關(guān)，因此，實驗時需要采用控制變量法，實驗中通過U形管兩側(cè)液面高度差來比較液體內(nèi)部壓強大小。

（1）比較A、B可知，在液體內(nèi)部同一深度處，U形管兩側(cè)液面高度差相等，即向各個方向的壓強相等;比較A、C可知：液體內(nèi)部壓強的大小跟深度有關(guān)。

（2）利用如圖D的隔板中橡皮膜形變大小不僅可以比較液體內(nèi)部壓強大小，還可以比較隔板兩側(cè)液體的密度大小。如圖E、F所示，E中橡皮膜幾乎沒有發(fā)生形變，即橡皮膜左右兩側(cè)液體壓強大小相等，由于ha > hb，所以ρa ?< ρb;同理，F(xiàn)中橡皮膜向左形變，說明橡皮膜左右兩側(cè)液體壓強大小為ρc < ρa ，又hc > hb，所以ρa ?> ρc。

答案：（1）各個方向 ? 深度 ?（2） < ? ?>

[能力提升]

例2（2020·江蘇·南京）小明和小華利用壓強計、刻度尺和裝有適量水的容器，探究液體內(nèi)部壓強與深度的關(guān)系，如圖3所示：

（1）圖甲中金屬盒在水中的深度為 cm;

（2）比較兩圖可知，液體內(nèi)部壓強隨深度的增大而 ;

（3）比較兩圖，小明認為：液體內(nèi)部某處到容器底的距離越大，其壓強越小。為研究此問題，小華在乙圖中保持金屬盒的位置不變，往容器內(nèi)加水，當(dāng)水面到容器底的距離L滿足條件： 時，對比甲圖，可說明小明的觀點是錯誤的。

答案：（1）7 ? （2）增大 ? （3）L ≥ 18 cm

（作者單位：江蘇省鹽城市東臺市時堰鎮(zhèn)后港中學(xué)）