探究液體內部的壓強規律實驗突破

探究液體內部的壓強規律實驗是新課標要求的21個學生必做實驗中的重點力學實驗，是全國各地中考的熱點。為突破探究液體內部的壓強規律實驗難點，提升同學們的科學探究素養，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：探究液體內部的壓強與任一因素的關系時，應控制其他因素不變，而只改變所研究的因素。例如在探究液體內部的壓強與方向的關系時，應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）轉換法：根據U形管壓強計兩側液面高度差來判斷液體內部壓強的大小。

3.實驗注意事項

（1）實驗前應調整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.實驗結論

液體內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；液體內部壓強的大小與液體的密度有關，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.探究液體內部壓強的大小與液重的大小是否有關的操作方法是：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.探究液體內部壓強的大小與所盛液體的容器形狀是否有關的操作方法是：控制探頭浸沒在同一液體的同一深度處，改變容器的形狀，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部的壓強。

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

（2）根據圖乙、圖丙所示現象可以研究：液體內部壓強的大小與________的關系。根據研究得出的結論，攔河壩應設計成________（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形管左右兩側液面的變化，得出結論：________________。

（4）為研究液體內部壓強的大小是否與液體密度有關，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形管左右兩側液面發生了變化，得出液體內部壓強大小與液體密度有關的結論。小彬得出結論的實驗過程是________ （選填“正確”或“錯誤”）的，判斷的依據是：________。

（5）通過學習，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倒入適量的水，橡皮膜向右凸起；

②再向容器中的右側緩慢倒入鹽水，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可推導出該鹽水密度的表達式為ρ鹽水= ________（用h1、h2、ρ水表示）。

解析：（1）當將探頭放在液體里時，由于液體內部存在壓強，金屬盒上的薄膜就會發生形變，U形管左右兩側液面就會產生高度差，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，液體內部的壓強越大，這用到了轉換法。

（2）分析圖乙、圖丙的實驗現象可以發現，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形管兩側液面的高度差，發現高度差不變，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系。

（5）在左側加入適量的水，在右側緩慢倒入待測液體，直到觀察到橡皮膜變平，則左右液體產生的壓強相同，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ρ水gh1 = ρ鹽水gh2可知，鹽水密度的表達式：[ρ鹽水=h1h2ρ水]。

答案：（1）發生形變 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，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、同一規格的太陽能熱水器各一臺，室內裝有同種淋浴頭（俗稱噴頭）。當他們將閥門S1打開到最大位置（S2、S3關閉）時，分別拍攝了淋浴頭噴水場景的照片兩張，如圖甲所示。

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

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

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

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教學研究中心）