第二节 探究:液体压强与哪些因素有关
第1课时 液体的压强
教材任务驱动
任务一 探究液体压强与哪些因素有关
【探究准备】
1.液体压强产生原因:液体受到 作用,且具有流动性。
2.液体压强测量:U形管压强计
使用前检验装置气密性:按压橡皮膜,若U形管左右两侧液面高度差无变化,说明装置 需重新调节。若液面高度差有变化说明装置良好。
3.实验方法:
(1)转换法:
根据U形管两管液面 ,判断液体压强的大小。
(2)控制变量法:探究液体压强与不同因素的关系时,应控制其他因素 ,只改变其中一个因素。
【探究过程】
【进行实验与收集证据】
1.探究液体压强与液体深度的关系
如图甲所示,选用 (选填“相同”或“不同”)液体,使金属盒的朝向相同,改变 ,观察并测出U形管中两管液面的高度差,并把测得的实验数据填入表格中。
2.探究液体压强与方向的关系
如图乙所示,控制液体的深度 (选填“相同”或“不同”),改变金属盒的 ,观察并测出U形管中两管液面的高度差,并把测得的实验数据填入表格中。
3.探究液体压强与液体密度的关系
如图丙所示,控制金属盒在水和盐水中的深度 ,观察并测出U形管中两管液面的高度差。并把测得的实验数据填入表格中。
4.数据记录
序 号 液体 深度 /cm 橡皮膜 方向 U形管压强计两 管液面高度差/mm
a 水 3 向下 12
b 水 6 向下 24
c 水 9 向下 36
d 水 9 向侧面 36
e 水 9 向上 36
f 盐水 9 向上 38
【分析与论证】
1.由a、b、c可得出:
同种液体产生的压强随深度的增加而 。
2.由c、d、e可得出:
同种液体内部,在同一深度液体向各个方向的压强大小 。
3.由e、f可得出:
在不同液体的同一深度处,液体密度越大,液体压强 。
【交流与评估】
(1)使用前,若U形管压强计左右两管液面的高度差不相平,应如何进行调节
(2)探究液体压强与容器的形状的关系。
思路:用 不同的容器盛水,保持金属盒在不同容器中的 不变,观察U形管两管中液面的高度差是否相同。
【温馨提示】→操作注意事项
1.探究过程中,应使探头缓慢地转动或下沉。
2.为便于观察现象,可在U形管中滴加几滴红色墨水。
任务二 了解液体压强的计算公式
1.计算公式:p= ,
ρ表示液体密度,
h表示液体深度。
2.各物理量的单位:
ρ→ ,h→ ,p→ 。
【释疑点】 由液体压强计算公式p=ρgh可知,液体压强与液体的密度和液体的深度有关,与容器的大小和形状、液体的体积、容器底面积等因素无关。
典题疑难突破
考点一探究液体压强与哪些因素有关
【典题1】某同学设计“探究液体压强大小与什么因素有关”的实验,实验器材:压强计(U形管所装液体是水)、刻度尺、烧杯、适量水和盐水。
【实验设计】
(1)实验前,该同学检查实验装置是否漏气,具体操作及判断是否漏气的做法和方法是:按压探头的橡皮膜,观察 ,若发现 ,则表明实验装置不漏气;
【进行实验】
(2)调试安装好压强计,进行了如图所示的实验操作。分析比较图乙、丙、丁三次实验现象,可初步得出结论 ;
(3)分析比较实验 可知,同种液体的深度越大,液体内部的压强越大。
(4)通过比较丁、戊两图,图 (选填“丁”或“戊”)金属盒的橡皮膜受到的液体压强较大,可见液体压强与 有关;
【实验延伸】
(5)为了检验“液体内部的压强与液体密度有关”这一结论,在图己的装置中,容器的左右两侧分别装入深度相同的水和酒精,看到橡皮膜向左侧凸起。由此你可以判断 (选填“左”或“右”)侧的液体是水。
【创新实践】
(6)(生活实践·动手做一做)某实验小组在学习完液体压强有关知识后,物理小组的同学们利用生活中的常见物品制作了如图庚所示的简易压强计。将该压强计浸入水中,橡皮膜将 (选填“上凹”或“下凸”),增加简易压强计在水中的深度,细玻璃管中液柱会 (选填“上升”或“下降”)。
考点二液体压强的计算
【典题2】 (2024·广安中考)茶壶几乎是每家必备的常用器具。学习压强知识后,小淇想对家中的茶壶进行相关研究。她测得茶壶的质量为600 g,底面积为100 cm2,装入适量水后将它放在水平桌面上,测得水的深度如图所示,请你接着她的探究完成如下任务。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)求水对茶壶底的压强。
(2)若水对茶壶底的压力是茶壶对桌面压力的0.6倍,则茶壶内水的质量为多少 (茶壶壁厚度不计)
【技法点拨】 (1)计算液体对容器底的压力和压强:先根据p=ρgh计算压强,再根据F=pS计算压力。
(2)计算容器对桌面的压力和压强:先根据
F=G容+G液计算压力,再根据p=计算压强。
【变式】 (2024·吕梁期中)如图是我国自主研制的深海探测器——“蛟龙号”,赴马里亚纳海沟挑战了7 000 m深海探测。不考虑大气压、水的阻力、海水密度变化,海水密度取ρ海水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。
(1)若“蛟龙号”上有一面积为50 cm2的观察窗口,在7 000 m深度时,观察窗受到的海水压力为多大
(2)若“蛟龙号”能承受的最大压强是7.2×107 Pa,则它能下潜的最大深度是多少
【规避雷区】
易错点 计算液体压强时不能正确判断液体的深度
【易错题】 (2024·福州期中)如图所示,容器内装有水,A点受到的压强是 Pa,水对容器底的压强是 Pa。(g取10 N/kg)
【纠错】
液体深度h的理解
液体压强公式p=ρgh中的h指的是液体内部某点到自由液面的竖直距离,而不是到容器底的距离(如图)。
备注:自由液面就是与外界大气连通的液面。第二节 探究:液体压强与哪些因素有关
第1课时 液体的压强
教材任务驱动
任务一 探究液体压强与哪些因素有关
【探究准备】
1.液体压强产生原因:液体受到 重力 作用,且具有流动性。
2.液体压强测量:U形管压强计
使用前检验装置气密性:按压橡皮膜,若U形管左右两侧液面高度差无变化,说明装置 漏气 需重新调节。若液面高度差有变化说明装置良好。
3.实验方法:
(1)转换法:
根据U形管两管液面 高度差 ,判断液体压强的大小。
(2)控制变量法:探究液体压强与不同因素的关系时,应控制其他因素 相同 ,只改变其中一个因素。
【探究过程】
【进行实验与收集证据】
1.探究液体压强与液体深度的关系
如图甲所示,选用 相同 (选填“相同”或“不同”)液体,使金属盒的朝向相同,改变 深度 ,观察并测出U形管中两管液面的高度差,并把测得的实验数据填入表格中。
2.探究液体压强与方向的关系
如图乙所示,控制液体的深度 相同 (选填“相同”或“不同”),改变金属盒的 方向 ,观察并测出U形管中两管液面的高度差,并把测得的实验数据填入表格中。
3.探究液体压强与液体密度的关系
如图丙所示,控制金属盒在水和盐水中的深度 相同 ,观察并测出U形管中两管液面的高度差。并把测得的实验数据填入表格中。
4.数据记录
序 号 液体 深度 /cm 橡皮膜 方向 U形管压强计两 管液面高度差/mm
a 水 3 向下 12
b 水 6 向下 24
c 水 9 向下 36
d 水 9 向侧面 36
e 水 9 向上 36
f 盐水 9 向上 38
【分析与论证】
1.由a、b、c可得出:
同种液体产生的压强随深度的增加而 增加 。
2.由c、d、e可得出:
同种液体内部,在同一深度液体向各个方向的压强大小 相等 。
3.由e、f可得出:
在不同液体的同一深度处,液体密度越大,液体压强 越大 。
【交流与评估】
(1)使用前,若U形管压强计左右两管液面的高度差不相平,应如何进行调节
答:将橡胶管取下,重新安装调节,直至U形管左右两管液面相平。
(2)探究液体压强与容器的形状的关系。
思路:用 形状 不同的容器盛水,保持金属盒在不同容器中的 深度 不变,观察U形管两管中液面的高度差是否相同。
【温馨提示】→操作注意事项
1.探究过程中,应使探头缓慢地转动或下沉。
2.为便于观察现象,可在U形管中滴加几滴红色墨水。
任务二 了解液体压强的计算公式
1.计算公式:p= ρgh ,
ρ表示液体密度,
h表示液体深度。
2.各物理量的单位:
ρ→ kg/m3 ,h→ m ,p→ Pa 。
【释疑点】 由液体压强计算公式p=ρgh可知,液体压强与液体的密度和液体的深度有关,与容器的大小和形状、液体的体积、容器底面积等因素无关。
典题疑难突破
考点一探究液体压强与哪些因素有关
【典题1】某同学设计“探究液体压强大小与什么因素有关”的实验,实验器材:压强计(U形管所装液体是水)、刻度尺、烧杯、适量水和盐水。
【实验设计】
(1)实验前,该同学检查实验装置是否漏气,具体操作及判断是否漏气的做法和方法是:按压探头的橡皮膜,观察 U形管两侧液面 ,若发现 U形管中相平的液面出现高度差 ,则表明实验装置不漏气;
【进行实验】
(2)调试安装好压强计,进行了如图所示的实验操作。分析比较图乙、丙、丁三次实验现象,可初步得出结论 同一液体、同一深度,液体内部向各个方向的压强相等 ;
(3)分析比较实验 甲、乙 可知,同种液体的深度越大,液体内部的压强越大。
(4)通过比较丁、戊两图,图 戊 (选填“丁”或“戊”)金属盒的橡皮膜受到的液体压强较大,可见液体压强与 液体密度 有关;
【实验延伸】
(5)为了检验“液体内部的压强与液体密度有关”这一结论,在图己的装置中,容器的左右两侧分别装入深度相同的水和酒精,看到橡皮膜向左侧凸起。由此你可以判断 右 (选填“左”或“右”)侧的液体是水。
【创新实践】
(6)(生活实践·动手做一做)某实验小组在学习完液体压强有关知识后,物理小组的同学们利用生活中的常见物品制作了如图庚所示的简易压强计。将该压强计浸入水中,橡皮膜将 上凹 (选填“上凹”或“下凸”),增加简易压强计在水中的深度,细玻璃管中液柱会 上升 (选填“上升”或“下降”)。
考点二液体压强的计算
【典题2】 (2024·广安中考)茶壶几乎是每家必备的常用器具。学习压强知识后,小淇想对家中的茶壶进行相关研究。她测得茶壶的质量为600 g,底面积为100 cm2,装入适量水后将它放在水平桌面上,测得水的深度如图所示,请你接着她的探究完成如下任务。(ρ水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg)
(1)求水对茶壶底的压强。
(2)若水对茶壶底的压力是茶壶对桌面压力的0.6倍,则茶壶内水的质量为多少 (茶壶壁厚度不计)
解:(1)壶中水的深度h=12 cm=0.12 m
水对茶壶底的压强p底=ρ水gh=1×103 kg/m3×10 N/kg×0.12 m=1 200 Pa;
(2)m壶=600 g=0.6 kg,
S壶=100 cm2=10-2 m2
水对茶壶底的压力是茶壶对桌面压力的0.6倍,水对茶壶底的压力F=p底S
则p底S=0.6(m水+m壶)g
可以写成:ρ水ghS=0.6(m水+m壶)g
m水=-m壶=-0.6 kg=1.4 kg。
【技法点拨】 (1)计算液体对容器底的压力和压强:先根据p=ρgh计算压强,再根据F=pS计算压力。
(2)计算容器对桌面的压力和压强:先根据
F=G容+G液计算压力,再根据p=计算压强。
【变式】 (2024·吕梁期中)如图是我国自主研制的深海探测器——“蛟龙号”,赴马里亚纳海沟挑战了7 000 m深海探测。不考虑大气压、水的阻力、海水密度变化,海水密度取ρ海水=1.0×103 kg/m3,g取10 N/kg。
(1)若“蛟龙号”上有一面积为50 cm2的观察窗口,在7 000 m深度时,观察窗受到的海水压力为多大
(2)若“蛟龙号”能承受的最大压强是7.2×107 Pa,则它能下潜的最大深度是多少
解:(1)“蛟龙号”下潜到7 000 m深度时承受的海水压强为:p1=ρ海水gh1=1×
103 kg/m3×10 N/kg×7 000 m=7×107 Pa;
则在7 000 m深度时观察窗受到的海水压力为:F1=p1S=7×107 Pa×50×
10-4 m2=3.5×105 N;
(2)由p=ρgh可知,能下潜的最大深度:
h===7 200 m
【规避雷区】
易错点 计算液体压强时不能正确判断液体的深度
【易错题】 (2024·福州期中)如图所示,容器内装有水,A点受到的压强是6 000Pa,水对容器底的压强是7 000Pa。(g取10 N/kg)
【纠错】
液体深度h的理解
液体压强公式p=ρgh中的h指的是液体内部某点到自由液面的竖直距离,而不是到容器底的距离(如图)。
备注:自由液面就是与外界大气连通的液面。
课堂反馈,请使用“5分钟随堂练”P7
训练升级,请使用“课时过程性评价”P82
