第 九 章 压强
第2节 液体的压强
典案二 导学设计学点一 压力
学点一 液体压强产生的原因
问题1：如图9－2－10甲所示，将木块放至杯底，因受重力作用，木块对杯底有压强；若向杯中倒入水，水对杯底__有__(选填“有”或“没有”)压强，原因是__水有重力__。
图9－2－10
问题2：如图乙所示，将水倒在放置在水平桌面上的平板玻璃上，水将向四面八方流淌，说明液体具有__流动__性，若是倒在杯中，杯就能阻止水流淌，水会上升至一定高度。请依据这一事实猜想：液体对盛它的容器侧壁__有__(选填“有”或“没有”)压强，原因是__液体具有流动性__。
总结：①液体具有__重力__，所以对支撑它的容器底有压强；②液体具有__流动性__，所以对阻碍它流动、散开的容器壁会产生压强。
学点二 液体压强的特点
实验猜想：(1)观察如图9－2－11甲所示实验，图A在两端开口的玻璃管下方扎上橡皮膜，图B在玻璃管侧边开口处扎上橡皮膜，均向玻璃管倒水，会发现图A中玻璃管的橡皮膜向__下__凸出，图B中玻璃管的橡皮膜向__右__凸出。
图9－2－11
(2)如图乙所示，在一个塑料袋内装入水，并用针在各个方向扎多个小孔，用力挤压塑料袋，观察水__会__(选填“会”或“不会”)向各个方向喷出。
(3)观察如图丙所示实验，__c__小孔处喷出水的距离最远， 如果在与c小孔深度相同的不同位置扎一小孔，小孔处喷出水的方向与c小孔的方向__不同__，小孔处喷出水的距离与c小孔__相同__。
(4)依据上述实验事实猜想：液体深度越深，液体的压强越__大__；在液体同一深度，液体内部向__各个方向__都有压强，且向各个方向的压强__相等__。
实验准备：如图9－2－12所示为液体压强计，它主要由探头(扎有橡皮膜)和U形管组成。用手轻压压强计探头上的橡皮膜，U形管两侧液面出现高度差h，且h越大说明橡皮膜受到的压强越__大__。高度差h的大小反映了橡皮膜所受__压强__的大小。
图9－2－12
实验器材：液体压强计、水、大烧杯、酒精。
实验步骤：(1)如图9－2－13甲所示，将探头放在水中的__深度__不变，改变探头的__方向__，U形管两侧液面的高度差__相同__。
图9－2－13
(2)如图乙所示，控制液体的密度相同，改变探头在液体中的__深度__，U形管两侧液面的高度差__不同__。
结论：液体内部压强随深度的增加而__增大__。
(3)如图丙所示，控制探头在液体中的的__深度__相同，改变液体的__密度__。U形管两侧液面的高度差__不同__，且探头在盐水中时高度差比探头在水中时要__大__。
结论：不同的液体，在同一深度产生的压强大小与液体的__密度__有关，密度越大，液体的压强越__大__。
实验结论：(1)液体内部向各个方向都有__压强__，在液体内部同一深度，向各个方向的压强都__相等__；
(2)同种液体(密度相同)，深度越大，液体的压强__越大__；
(3)液体内部压强的大小还跟液体的__密度__有关，在深度相同时，液体的密度越大，压强___越大__。
方法总结：以上分析问题的方法是改变某一个因素，控制其他因素不变来判断这个因素对液体内部压强大小的影响，这种方法称为__控制变量__法。
学点二 液体压强的大小
要想得到某种液体(密度ρ)某一深度(h)的压强(p)，可以设想在此处有个水平放置的平面，计算这个平面上方液柱 (把液柱当作固体)对这个平面的压强(如图9－2－14所示)即可。设平面在液面下的深度为h，平面的面积为S，求p即可。
图9－2－14
问题1：推导步骤：(在横线上填入公式)
(1)该液柱的体积：V＝__Sh__；
(2)该液柱的质量：m＝__ρV__＝ρSh；
(3)该液柱的重力及其对平面的压力是F＝G＝__mg__＝ρgSh；
(4)底面受到压强p＝____＝ρgh。
问题2：液体压强计算公式：__p＝ρgh__。
从上述公式以及推导过程，可以得出液体内部的压强大小只与__液体密度__和__深度__有关，而与液体的受力面积、体积、形状等因素均无关。
图9－2－15
图9－2－16
问题3：“深度”含义：深度是指被研究的点到自由液面的垂直距离。例如图9－2－16中A点的深度为__20__cm。
学点三 连通器
观察图9－2－17所示连通器教具及图9－2－18所示生活中的连通器，回答下列问题。
图9－2－17
图9－2－18
问题1：定义：上端__开口__、下端__连通__的容器叫做连通器。
问题2：特点：向如图9－2－17所示的连通器中加水，当容器中的液体停止流动时，我们发现各容器中的液面是__相平__的。如果用手指堵住两个容器口继续加水，观察各容器中的液面__不相平__，如果把手指松开，发现几个容器中的液面__相平__。(均选填“相平”或“不相平”)
即当连通器中的同种液体__不流动__时，各容器中的液面总是__相平__的。
图9－2－19
问题3：原理：如图9－2－19所示是－个两端开口的U形玻璃管，里面注入水。设想在最低处取一个小液片A，左管中水柱高为h左，右管中水柱高为h右，则左管中水对液片的压强为p左＝__ρ左gh左__，对液片的压力方向向__右__； 右管中水对液片的压强为p右＝__ρ右gh右__，对液片压力的方向向__左__。此时p左__＝__p右，所以小液片静止不动。
讨论：如果h左＞h右，则p左__>__p右，液片会向__右__移动；如果h左＜h右，则p左__<__p右，液片会向__左__移动；如果液片不移动，则说明p左__＝__p右，从而有h左__＝__h右。
第 九 章 压强
第2节 液体的压强
方式一 【情景导入】
多媒体播放视频《液体压强(类帕斯卡裂桶实验)》。
导入语：同学们，没想到吧，小小的一罐水，威力竟然这么大，这是为什么呢？这就涉及今天我们要学的一个新的知识——液体压强。好，下面我们就开始探究液体压强所蕴含的奥秘吧！板书课题——《第2节 液体的压强》。
方式二 【演示实验导入】
演示实验1：用一个塑料袋装满水，用一个钉子从底部扎一小孔，水就会从底部流出。
演示实验2：用钉子从袋子的四周扎上一些小孔，水就会从四周喷出。
演示实验3：将塑料袋里换装别的液体，实验现象是一样的。
组织学生讨论：这种现象包含的物理规律是什么？说明了什么道理？
教师引导：水对容器底部有压强，对容器壁也有压强。因为液体有重力，所以对容器底部有压强；液体与固体不同，有流动性，容器壁阻挡着它流动，所以液体对容器壁有压强。这节课我们就来详细研究一下液体压强的特点，板书课题——《第2节 液体的压强》。
方式三 【情景导入】
多媒体展示生活中的几种情景图片：“蛟龙”探海、生活在深海中的带鱼、拦河坝、浅水处的潜水员及身着抗压服的深水潜水员等。
图9－2－1
观察图片，设问：
(1)“蛟龙号”能够在深海中航行，为此，它的外壳要用厚钢板制造，要求很坚固，制作潜水器有这么困难吗？为什么要这样做？
(2)带鱼是我们常见的，它生活在深海中，体型是扁平的，二者有关系吗？你见过活的带鱼吗？为什么深海鱼类被捕捞上岸后会死亡？
(3)大坝的横截面为什么均做成上窄下宽，呈梯形状呢？
(4)为什么潜水员穿的深海潜水服比浅海潜水服要厚重一些？
教师引导：这就涉及今天我们要学的一个新的知识——液体压强，板书课题——《第2节 液体的压强》。
(从学生所熟知的生产生活中的现象入手，让学生认识到液体有压强，进而引出课题。这不仅能引起学生的思考、激发学生学习新知识的兴趣，同时也体现了“从生活走向物理”这一新课程的基本理念。)
探究液体压强的装置改进
(1)教材中的实验器材
探究液体压强的特点时，教材中提供的装置如图9－2－2甲、乙所示。
图9－2－2
(2)存在的不足
图甲所示装置只能探究液体内部压强与深度的关系。图乙中的压强计通过改变探头在液体中的深浅程度、方向，探究液体内部压强的特点，但实验复杂，步骤较多，过程繁琐，且实验需要一个大烧杯或盛液筒，需要的水较多。
(3)改进的目的
为了减少实验过程的繁琐，也能探究液体内部压强的其他特点，对实验装置进行改进使其简单、方便，一目了然，极易理解。
(4)改进方法
图9－2－3
取一直径3～4 cm(太粗或太细手指堵小孔时不方便)、高为30 cm(高度太低效果不明显)的塑料圆柱体，其底座带有螺丝可以拧下来。在侧面由底部向上不同高度上间隔5～6 cm，制作三个小孔，并用橡皮帽套上，在孔3的同一平面的不同方向上制作两个孔，孔4和孔5。
(5)使用方法
①演示液体内部压强与深度的关系。
取下孔1、孔2、孔3的橡皮帽(不用的孔橡皮帽不要取下)，用手指堵住开口，然后装满水，同时放开手指。通过实验现象可发现，从不同的孔向外喷水的水平射程不同，孔3＞孔2＞孔1，证明了液体内部压强随深度的增大而增大。
②演示液体内部向各个方向都有压强，并且在同一深度液体向各个方向的压强相等。
取下孔3、孔4、孔5的橡皮帽，用手指堵住三个孔，然后装满水，同时放开手指，可看到水从不同的小孔向各个方向喷出，且喷水的水平射程相同，证明了液体内部向各个方向都有压强，并且在同一深度液体向各个方向的压强相等。
③演示液体对容器底部有压强。
拧下底座，用橡皮筋扎上橡皮膜，如图乙所示，然后往圆柱体内加水，随着水量的增加就会明显看到橡皮膜逐渐向外凸出。证明液体对容器底有压强产生，同时也能证明液体内部压强随深度的增大而增大。
④演示液体对容器侧壁有压强。
在圆柱体侧壁制作一个直径较大的孔，扎上橡皮膜，然后往圆柱体内加水，随着水量的增加就会明显看到橡皮膜逐渐向外凸出。证明液体对容器侧壁有压强产生。
(6)实验效果：取材方便、制作简易(塑料圆柱体钻孔、粘贴很方便)，安全可靠、一目了然、效果显著。由于实验生动有趣，学生乐于从这些常见的日用品所发生的现象中去探索物理本质，易激发学生进行实验探究的热情与冲动，大大增加了学生对物理的亲近感。
(7)注意事项
①圆柱体不易太短、太粗，太短装水量太少，实验持续时间短，不易观察，太粗手指不易堵孔且装水量太多。
②开孔间的距离不要太大，否则堵孔不易。
[中考解读] 本节在中考中的常考内容是：①液体压强的特点；②探究液体压强的特点；③有关液体压强的计算；④连通器及其应用。考查题型一般为选择题、填空题、实验探究题和计算题。
[考点对接] 1.液体的压强
[源起教材P33] 插图
图9.2－1 液体从容器侧壁的孔中喷出
例1 [广州中考] 如图9－2－4所示，玻璃管两端开口处蒙的橡皮膜绷紧程度相同，将此装置置于水中，图9－2－5中的哪幅图能反映橡皮膜受到水的压强后的凹凸情况( )
图9－2－4
图9－2－5
[答案] B
[考点对接] 2.探究液体压强的特点
[源起教材P34] 演示
研究液体内部的压强
1．如图9.2－2，把探头放进盛水的容器中，看看液体内部是否存在压强。保持探头在水中的深度不变，改变探头的方向，看看液体内部同一深度各方向的压强是否相等。
图9.2－2 同一深度液体向各个方向的压强是否相等？
2．增大探头在水中的深度，看看液体内部的压强与深度有什么关系？
3．换用不同的液体(例如酒精、硫酸铜溶液)，看看在深度相同时，液体内部的压强是否与液体密度有关。
图9－2－6
例2 [泸州中考] 使用微小压强计探究液体压强的规律时，如图9－2－6所示，下列说法正确的是( )
A．用手按橡皮膜，两管出现高度差，说明此时橡皮膜的气密性很差
B．该实验装置中的“U”形管是一个连通器
C．“U”形管两管液面的高度稳定后，右管中的液体受到非平衡力的作用
D．橡皮膜伸入液体越深，两管液面高度差越大，则液体压强越大
[答案] D
[考点对接] 3.连通器
[源起教材P37] 插图
图9.2－7 船闸工作示意图
例3 [内江中考] 如图9－2－7所示是三峡船闸工作过程的示意图。它是利用________原理来工作的。当阀门A打开，阀门B关闭，水从________流向下游，当它的水面与下游相平时，下游闸门打开，船驶入闸室。
图9－2－7
[答案] 连通器 闸室
材料一——帕斯卡原理
在日常生活中，我们经常看到，没有灌水的水龙带是扁的。水龙带接到自来水龙头上，灌进水，就变成圆柱形了。如果水龙带上有几个孔，就会有水从小孔里喷出来，喷射的方向是向四面八方的。水是往前流的，为什么能把水龙带撑圆？
早在几百年前，帕斯卡就注意到了这类现象。通过观察，帕斯卡设计了“帕斯卡球”实验，帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球，球上连接一个圆筒，筒里有可以移动的活塞。把水灌进球和筒里，向里压活塞，水便从各个小孔里喷射出来了，成了一支“多孔水枪”。
图9－2－8
帕斯卡球的实验证明，液体能够把它所受到的压强向各个方向传递。观察发现每个孔喷水的距离差不多，这说明，每个孔所受到的压强都相同。帕斯卡还有一个最著名的实验：他用一个木酒桶，顶端开一个小口，小口上接一根很长的铁管子，接口密封。实验的时候，酒桶先盛满水，再慢慢往铁管子里倒上几杯水，当管子中的水柱高达几米的时候，只见木酒桶突然破裂，水流满地。
帕斯卡总结了这些实验，于1654年写成一篇论文《论液体的平衡》，提出了著名的帕斯卡定律：流体(气体或液体)力学中，封闭容器中的静止流体的某一部分发生的压强变化，将毫无损失地传递至流体的各个部分和容器壁。根据帕斯卡原理，在水力系统中的一个活塞上施加一定的压强，必将在另一个活塞上产生相同的压强增量。如果第二个活塞的面积是第一个活塞面积的10倍，那么作用于第二个活塞上的力将增大为第一个活塞上力的10倍，而这两个活塞上的压强仍然相等。水压机就是利用帕斯卡原理的实例，所有的液压机械也都是根据帕斯卡定律设计的，所以帕斯卡被称为“液压机之父”。
遗憾的是，1655年，帕斯卡进入与世隔绝的神学中心——巴黎附近的披特垒阿尔。1662年，忧郁而深思的帕斯卡与世长辞，年仅39岁。因他率先提出了描述液体压强性质的“帕斯卡定律”，国际单位制规定压强的单位“牛顿/米2”为“帕斯卡”，即1帕斯卡＝1 N/m2。帕斯卡不仅在力学中取得了很大成就，在数学、哲学上也都取得了一定的成就。
材料二——让中国人自豪的潜水器——“蛟龙号”
图9－2－9
人要想下潜得更深，看到海底的世界，就必须借助专业潜水设备。为推动中国深海运载技术发展，为中国大洋国际海底资源调查和科学研究提供重要高技术装备，同时为中国深海勘探、海底作业研发共性技术，中国科技部于2002年将“蛟龙号”深海载人潜水器研制列为国家高技术研究发展计划(863计划)重大专项，启动“蛟龙号”载人深潜器的自行设计、自主集成研制工作。“蛟龙号”载人潜水器设计最大下潜深度为7000米，工作范围可覆盖全球海洋区域的99.8%。
从2009年8月开始，“蛟龙号”载人深潜器先后组织开展1000米级和3000米级海试工作。2010年5月31日～7月18日，“蛟龙号”载人潜水器在中国南海3000米级海上试验中取得巨大成功，共完成17次下潜，其中7次穿越2000米深度，4次突破3000米，最大下潜深度达到3759米，超过全球海洋平均深度3682米，并创造水下和海底作业9小时零3分的纪录，验证了“蛟龙号”载人潜水器在3000米级水深的各项性能和功能指标。
“蛟龙号”载人潜水器3000米级海试取得成功，标志着我国继美、法、俄、日之后，成为世界上第五个掌握3500米以上大深度载人深潜技术的国家。
2011年7月30日，“蛟龙号”进行5000米级海试的第四次下潜。凌晨4时26分，“蛟龙号”载人潜水器第四次“入水”。7时29分，“蛟龙号”在深度为5182米的位置坐底，成功安放了中国大洋协会的标志和一个木雕的中国龙。在完成了采样等科考作业后，潜水器上浮并于13时02分回到“向阳红09”母船甲板，全程历时8小时57分。在这次下潜试验中，它还完成了海水、海底生物的提取以及锰结核的采样。在“蛟龙号”带回的记录资料里，5000米深的大洋海底的锰结核画面首度曝光。这些锰结核覆盖在海底表面，含有锰、铜、钴、镍等30多种元素，100万年时间才能形成几毫米的大小。
2012年6月30日，在西太平洋马里亚纳海沟试验区，世界同类潜水器中具有最大下潜深度的我国“蛟龙号”载人潜水器进行了7000米级海上试验的最后一次下潜，最大下潜深度7035米。本潜次主要任务是根据现场验收情况查漏补缺，在离底3～5米高度上进行近底航行，进行沉积物和矿物取样，同时在坐底时布放诱饵，尝试进行生物取样，在条件允许的情况下开展测深测扫作业。本次下潜，“蛟龙号”完全按照指挥部制定的计划，顺利下潜到预定作业深度和地点，随即开展了近底航行，尝试获取矿物样本、沉积物样品、保压水样、生物捕获等作业，全部完成了7000米级海试的200多项考核任务。
“蛟龙号”成功突破7000米深度，证明它可以在全球99.8%的海底实现较长时间的海底航行、海底照相和摄像、沉积物和矿物取样、生物和微生物取样、标志物布放、海底地形地貌测量等作业，这是我国深海技术的一项重大突破。
材料一 帕斯卡原理
材料二 让中国人自豪的潜水器——“蛟龙号”
