探究液體內(nèi)部的壓強規(guī)律實驗突破

探究液體內(nèi)部的壓強規(guī)律實驗是新課標(biāo)要求的21個學(xué)生必做實驗中的重點力學(xué)實驗，是全國各地中考的熱點。為突破探究液體內(nèi)部的壓強規(guī)律實驗難點，提升同學(xué)們的科學(xué)探究素養(yǎng)，下面通過四個維度加以突破。

[實驗要點]

1.實驗器材作用

（1）U形管壓強計：通過U形管兩邊液面的高度差間接地顯示探頭處所受壓強的大小。

（2）水和鹽水：改變液體的密度。

2.實驗方法

（1）控制變量法：探究液體內(nèi)部的壓強與任一因素的關(guān)系時，應(yīng)控制其他因素不變，而只改變所研究的因素。例如在探究液體內(nèi)部的壓強與方向的關(guān)系時，應(yīng)控制探頭在同一種液體的同一深度，而只改變探頭的方向，觀察U形管兩邊液柱的高度差。

（2）轉(zhuǎn)換法：根據(jù)U形管壓強計兩側(cè)液面高度差來判斷液體內(nèi)部壓強的大小。

3.實驗注意事項

（1）實驗前應(yīng)調(diào)整U形管壓強計，使左右兩邊玻璃管中的液面相平，并檢查是否漏氣。

（2）明確實驗用的液體是什么，為便于觀察，可以在液體中加紅墨水。

4.實驗結(jié)論

液體內(nèi)部向各個方向都有壓強，同種液體在同一深度的各處、各個方向的壓強大小相等，隨著液體深度的增加，壓強隨之增大；液體內(nèi)部壓強的大小與液體的密度有關(guān)，在同一深度，液體的密度越大，壓強越大。

5.交流與反思

（1）多次實驗的目的：使結(jié)論具有普遍性。

（2）U形管通過軟管與壓強計的探頭連接后，一端被封閉，不符合“上端開口，底部連通”這一特點，因此，壓強計不是連通器。

[實驗拓展]

1.探究液體內(nèi)部壓強的大小與液重的大小是否有關(guān)的操作方法是：控制探頭浸沒在同一液體的同一深度處，改變液重，比較U形管兩邊液柱的高度差大小。

2.探究液體內(nèi)部壓強的大小與所盛液體的容器形狀是否有關(guān)的操作方法是：控制探頭浸沒在同一液體的同一深度處，改變?nèi)萜鞯男螤?，比較U形管兩邊液柱的高度差大小。

[能力提升]

小彬用如圖1所示的裝置研究液體內(nèi)部的壓強。

（1）圖甲裝置是測量液體內(nèi)部壓強的儀器，它的探頭是由空金屬盒蒙上橡皮膜構(gòu)成的。如果液體內(nèi)部存在壓強，放在液體里的薄膜就會________，U形管左右兩側(cè)液面就會產(chǎn)生________。

（2）根據(jù)圖乙、圖丙所示現(xiàn)象可以研究：液體內(nèi)部壓強的大小與________的關(guān)系。根據(jù)研究得出的結(jié)論，攔河壩應(yīng)設(shè)計成________（選填“下寬上窄”或“下窄上寬”）的形狀。

（3）如圖丙、圖丁所示，保持探頭在水中的深度不變，改變探頭的方向，觀察U形管左右兩側(cè)液面的變化，得出結(jié)論：________________。

（4）為研究液體內(nèi)部壓強的大小是否與液體密度有關(guān)，小彬接著將濃鹽水緩慢倒入圖丙所示容器的水中（液體未溢出，探頭位置不變），靜置待均勻混合后，觀察到U形管左右兩側(cè)液面發(fā)生了變化，得出液體內(nèi)部壓強大小與液體密度有關(guān)的結(jié)論。小彬得出結(jié)論的實驗過程是________ （選填“正確”或“錯誤”）的，判斷的依據(jù)是：________。

（5）通過學(xué)習(xí)，小彬利用掌握的液體壓強知識測量實驗所用鹽水的密度，過程如下：

①向如圖戊所示容器中的左側(cè)倒入適量的水，橡皮膜向右凸起；

②再向容器中的右側(cè)緩慢倒入鹽水，直至橡皮膜________；

③測得水面到橡皮膜中心的深度為h1；測得鹽水液面到橡皮膜中心的深度為h2；

④可推導(dǎo)出該鹽水密度的表達(dá)式為ρ鹽水= ________（用h1、h2、ρ水表示）。

解析：（1）當(dāng)將探頭放在液體里時，由于液體內(nèi)部存在壓強，金屬盒上的薄膜就會發(fā)生形變，U形管左右兩側(cè)液面就會產(chǎn)生高度差，高度差的大小反映了橡皮膜所受壓強的大小，U形管液面的高度差越大，液體內(nèi)部的壓強越大，這用到了轉(zhuǎn)換法。

（2）分析圖乙、圖丙的實驗現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，兩次實驗中液體的種類相同，探頭所處的深度不同，圖丙中U形管左右兩側(cè)液面高度差較大，這說明圖丙中探頭所受的壓強較大，由此我們可以得出初步結(jié)論：在同種液體中，液體壓強隨著液體深度的增加而增大，所以，為了保證攔河壩的安全，應(yīng)做成下寬上窄的形狀。

（3）如圖丙、圖丁所示，保持探頭在水中的深度不變，改變探頭的方向，觀察U形管兩側(cè)液面的高度差，發(fā)現(xiàn)高度差不變，這表明：同種液體的同一深度，液體向各個方向的壓強相等。

（4）小彬保持圖丙中金屬盒的位置不變，并將一杯濃鹽水倒入燒杯中攪勻后，液體的深度增大，液體的密度增大，U形管左右液面差增大，沒有控制探頭所在深度一定，不能探究液體壓強的大小跟液體密度的關(guān)系。

（5）在左側(cè)加入適量的水，在右側(cè)緩慢倒入待測液體，直到觀察到橡皮膜變平，則左右液體產(chǎn)生的壓強相同，測得水面到橡皮膜中心的深度為h1，鹽水液面到橡皮膜中心的深度為h2，根據(jù)ρ水gh1 = ρ鹽水gh2可知，鹽水密度的表達(dá)式：[ρ鹽水=h1h2ρ水]。

答案：（1）發(fā)生形變 高度差 （2）液體深度 " 下寬上窄 （3）同種液體的同一深度，液體向各個方向的壓強相等 （4）錯誤 " 沒有控制探頭所在深度一定 （5）變平 [h1h2ρ水]

[綜合實踐]

小華、小明兩家住在一棟樓的同一單元內(nèi)，小明家在3樓，小華家在頂層5樓。兩家在五樓樓頂屋面上的同一高度處裝有如圖2所示的同一品牌、同一規(guī)格的太陽能熱水器各一臺，室內(nèi)裝有同種淋浴頭（俗稱噴頭）。當(dāng)他們將閥門S1打開到最大位置（S2、S3關(guān)閉）時，分別拍攝了淋浴頭噴水場景的照片兩張，如圖甲所示。

（1）根據(jù)你的猜想，哪一張圖是小明家的照片？猜想：________。猜想的根據(jù)是：________________________________。

（2）小明、小華還分析，盡管他們買的是同種淋浴頭，可能在質(zhì)量上有一定的差別，為搞清淋浴頭是否有質(zhì)量問題，小明正確的做法是________________。

（3）根據(jù)圖中的照片，請你提出一條改進(jìn)措施： ________________。

答案：（1）乙圖 " 樓層越低，水越深，水的壓強越大 " （2）把兩只淋浴頭裝在同一處，閥門開到最大，根據(jù)噴水情況分析比較 " （3）升高太陽能熱水器（或增大水壓）

（作者單位：山東省棗莊市薛城區(qū)教學(xué)研究中心）