探究液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與哪些因素有關(guān)

2024年遼寧省中考物理樣卷第20題為科學(xué)探究與實(shí)踐題?？茖W(xué)探究與實(shí)踐是新課標(biāo)中物理學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)涵之一，也是五大學(xué)習(xí)主題中的一項(xiàng)重要內(nèi)容，是中考試題中綜合性最強(qiáng)且最能考查物理思維的題目。

原題再現(xiàn)

小明要探究“液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與哪些因素有關(guān)”，所用的實(shí)驗(yàn)器材有：壓強(qiáng)計(jì)、大燒杯、刻度尺，足量的水、酒精和濃糖水。

（1）小明同學(xué)根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自己游泳時(shí)潛入水中的位置越深，感覺(jué)受到水的壓力越大。這個(gè)經(jīng)驗(yàn)可以作為液體壓強(qiáng)的大小與________有關(guān)的猜想依據(jù)。同時(shí)他還提出了液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小可能與液體的密度等因素有關(guān)。

（2）實(shí)驗(yàn)前，用手多次輕壓探頭的橡皮膜，發(fā)現(xiàn)U形管內(nèi)液面的高度均發(fā)生明顯變化，說(shuō)明該壓強(qiáng)計(jì)________________________________。

（3）小明將探頭放在水中某一深度，只改變探頭的方向，如圖1所示?？梢缘贸觯阂后w內(nèi)部向各個(gè)方向都有壓強(qiáng)，在同一深度，向各個(gè)方向的壓強(qiáng)________。

（4）小明又連續(xù)增加探頭在水中的深度，發(fā)現(xiàn)U形管中液面的高度差逐漸增大。

①他得出：液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與液體深度有關(guān)。

②進(jìn)一步分析還可以得出：液體的密度相同，深度越深，液體內(nèi)部壓強(qiáng)________。

（5）小明繼續(xù)探究“液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與液體密度是否有關(guān)”，他按自己的設(shè)計(jì)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，收集的信息和數(shù)據(jù)如下表。（ρ酒精 lt; ρ水 lt; ρ濃糖水）

根據(jù)表中的信息和數(shù)據(jù)，并結(jié)合（4）中②的結(jié)論，小明得出：液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與液體密度有關(guān)。請(qǐng)簡(jiǎn)述他分析實(shí)驗(yàn)信息、進(jìn)行科學(xué)論證的過(guò)程：_____________。

破解策略

（1）根據(jù)“小明游泳時(shí)潛入水中的位置越深，感覺(jué)受到水的壓力越大”，可知液體密度一定時(shí)，深度改變，壓強(qiáng)也改變。進(jìn)而判斷出液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與深度有關(guān)，這個(gè)經(jīng)驗(yàn)可以作為液體壓強(qiáng)的大小與深度有關(guān)的猜想依據(jù)。

（2）實(shí)驗(yàn)前，用手多次輕壓探頭的橡皮膜，發(fā)現(xiàn)U形管內(nèi)液面的高度均發(fā)生明顯變化，這說(shuō)明該壓強(qiáng)計(jì)的氣密性良好。若U形管內(nèi)液面的高度沒(méi)有明顯變化，則說(shuō)明壓強(qiáng)計(jì)的氣密性不好，需要重新組裝。

（3）小明將探頭放在水中某一深度，只改變探頭的方向，如圖1可觀(guān)察到U形管內(nèi)兩側(cè)液面的高度差不變，這說(shuō)明同種液體的同一深度，液體向各個(gè)方向的壓強(qiáng)相等。

（4）小明又連續(xù)增加探頭在水中的深度，發(fā)現(xiàn)U形管中液面高度差逐漸增大?？梢缘贸觯阂后w的密度相同，深度越深，液體內(nèi)部壓強(qiáng)越大。

（5）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明探頭在酒精、水、濃糖水中的深度不同，U形管兩側(cè)液面的高度差相同，其中濃糖水的密度最大，探頭所處的深度最小，但受到的壓強(qiáng)和在酒精、水中受到的壓強(qiáng)相等。根據(jù)（4）中②的結(jié)論“液體的密度相同，深度越深，液體內(nèi)部壓強(qiáng)越大”，推理可知：若探頭在濃糖水中所處的深度與在酒精中或水中所處深度相同，則探頭在濃糖水中時(shí)U形管兩側(cè)液面的高度差會(huì)大于在酒精中或者在水中的高度差，從而知道探頭在酒精、水、濃糖水中相同深度處，在濃糖水中受到的壓強(qiáng)最大，由此得出：液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與液體密度有關(guān)，在深度相同時(shí)，液體密度越大，液體內(nèi)部壓強(qiáng)越大。

答案：（1）深度 " （2）氣密性良好 " （3）相等 " （4）越大 " （5）糖水的密度最大，探頭所處的深度最小，但受到的壓強(qiáng)和在酒精、水中受到的壓強(qiáng)相等，根據(jù)（4）中②的結(jié)論推理可知：若探頭所處的深度相同，則探頭在濃糖水中時(shí)U形管兩側(cè)液面的高度差最大，濃糖水產(chǎn)生的壓強(qiáng)最大，由此得出：液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與液體密度有關(guān)，在深度相同時(shí)，液體密度越大，液體內(nèi)部壓強(qiáng)越大

總結(jié)提升

液體內(nèi)部壓強(qiáng)與液體密度和深度有關(guān)，與方向無(wú)關(guān)。實(shí)驗(yàn)探究時(shí)采用控制變量法和轉(zhuǎn)化法。需要從題干中判斷出控制哪個(gè)物理量不變，改變了哪個(gè)物理量，通過(guò)觀(guān)察U形管中液面高度差能夠判斷出液體壓強(qiáng)的大小。說(shuō)實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)也要控制變量地說(shuō)。

變式探究

小明在探究“液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，所用的器材有：U形管壓強(qiáng)計(jì)、燒杯、刻度尺、足量的酒精、水和鹽水，已知ρ酒精lt; ρ水lt; ρ鹽水。

（1）如圖2甲是U形管壓強(qiáng)計(jì)。實(shí)驗(yàn)前用手輕壓探頭的橡皮膜是為了檢查_(kāi)_______，同時(shí)應(yīng)觀(guān)察U形管兩側(cè)液面是否有明顯的________。

（2）在探究“液體壓強(qiáng)與液體深度的關(guān)系”時(shí)，小明進(jìn)行了圖2乙所示的實(shí)驗(yàn)。我們觀(guān)察到探頭在水中越深，U形管兩側(cè)液面的高度差Δh就越________，說(shuō)明橡皮膜在水的壓力作用下形變程度就越________，由此可以推理：液體內(nèi)部壓強(qiáng)隨著深度的增加而________。

（3）在探究“液體壓強(qiáng)與液體密度的關(guān)系”時(shí)，小明進(jìn)行了如圖3所示的實(shí)驗(yàn)。三次實(shí)驗(yàn)中燒杯的液面相平，U形管兩側(cè)液面的高度差相同，探頭在液體中的深度不同。若將酒精中探頭的深度減小至虛線(xiàn)位置（與水中相同），根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟（2）的結(jié)論可知，圖3甲中U形管兩側(cè)液面的高度差Δh會(huì)變________，若將鹽水中的探頭深度增大到虛線(xiàn)位置（與水中相同），圖3丙中U形管兩側(cè)液面的高度差Δh會(huì)變________，綜上可知，液體深度相同時(shí)，液體的密度越大，壓強(qiáng)越________。

答案：（1）密閉性 高度差 （2）大 明顯 增大 （3）小 大 大

（作者單位：凌海市育才學(xué)校）