第八章

壓強第二節

探究：液體壓強與哪些因素有關

為什么站在齊胸深的水中時，你會感到呼吸有些困難？為什么潛水員在不同深度的水中作業時，需要穿抗壓能力不同的潛水服?為什么水壩要建造得上窄下寬?本節我們學習與這些問題相關的內容。①實驗一：如圖所示，有一個兩端開口的玻璃圓筒，下端扎有橡皮膜，橡皮膜表面原來與筒口相平，當倒入水后，橡皮膜會向下凸出。橡皮膜向下凸出，表明受到了水一個向下的壓強。結論：水對容器的底部有向下的壓強.沒有水時，橡皮膜平坦當倒入水時，橡皮膜向下凸出1.現象探究一、液體的壓強②實驗二：把橡皮膜扎在側壁開口的玻璃管的一端，橡皮膜表面原來與筒口相平，當倒入水后，橡皮膜會向下凸出。橡皮膜向側壁凸出，表明水對側壁有向外的壓強。結論：水對容器側壁有壓強.沒有水時，橡皮膜平坦當倒入水時，橡皮膜凸出.③實驗三：如圖所示，選取一柱狀容器，在容器口插入膠管（或玻璃管），分別在容器的上表面、側面和底部鉆孔。先用膠帶封住這些小孔，再將水沿管注入容器中，讓水面高出容器口一段高度，同時扯下膠帶，觀察水噴射的情況。水從底部流出，說明液體內部有向下的壓強；水從容器側壁的孔中噴出，說明液體對側面有壓強；容器上表面有水向上噴出，說明水內部也有向上的壓強。結論：水內部也有向上的壓強.一、液體的壓強④實驗四：如圖所示，將底部和側壁套有橡皮膜的空塑料瓶豎直壓入水中，觀察橡皮膜的變化情況。實驗中豎直向下按壓瓶子時，底部和側壁的橡皮膜向瓶內凹。結論：水內部向各個方向都有壓強.一、液體的壓強（1）液體受到重力，對容器底部有壓力，所以會產生壓強；（2）液體具有流動性，所以對容器側壁有壓強。2.探究結論：液體內部向各個方向都有壓強。3.液體產生壓強的原因一、液體的壓強二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關從前面實驗可知，液體壓強可能與液體深度有關。除此以外，是否還與液體的密度有關？你還能想出可能與哪些因素有關？下面進行實驗探究。【實驗目的】（1）探究液體壓強與哪些因素有關。（2）學習使用U形管壓強計測量液體壓強。【實驗器材】U形管壓強計、盛水容器。U形管壓強計1.實驗：探究液體壓強與哪些因素有關（1）作用：測量液體內部壓強。（2）構造：觀察圖可知，液體壓強計主要由U形管、橡皮管、探頭（由空金屬盒蒙上橡皮膜構成）三部分組成。探頭橡皮膜塑料盒U形管橡皮管

探頭：是一塑料盒，表面上扎有橡皮膜，其內部通過一橡皮管與U形玻璃管的一端相連.介紹U形管壓強計二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關（3）原理放在液體里的探頭上的橡皮膜受到液體壓強的作用會發生形變，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，液面的高度差越大，壓強越大。這運用了科學方法中的轉換法。橡皮膜二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關（4）壓強計的使用①檢查是否漏氣：實驗前應檢查蒙在金屬盒上的橡皮膜、連接用的橡皮管及各連接處是否漏氣。常用方法是用手輕按橡皮膜，觀察壓強計U形管兩側液面的高度差是否發生變化，如果變化，說明不漏氣；如果不變，說明漏氣，則要查出原因，加以修整。②檢查液面是否相平：當壓強計的橡皮膜沒有受到壓強時，U形管中的液面應該是相平的，若不相平，應將橡皮管取下，重新安裝。③不能讓壓強計U形管中液面的高度差過大，以免使部分有色液體從管中流出，如果流出了，要把連接用的橡皮管取下重新連接。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關【實驗設計】（1）我們采用控制變量的方法來進行實驗探究，分別僅改變U形管壓強計的金屬盒的方向、深度或換用不同液體等，根據U形管兩管液面高度差的變化來研究液體壓強與哪些因素有關。（2）探究液體壓強與方向的關系控制探頭深度相同、液體密度相同，改變U形管壓強計探頭的方向。（3）探究液體壓強與深度的關系控制探頭方向相同、液體密度相同，増加深度。（4）探究液體壓強與液體密度的關系控制探頭深度和方向均相同，換用不同的液體。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關【實驗步驟】操作1：保持壓強計探頭在水中的深度不變；改變探頭的方向，分別沿水平向上、水平向下、沿豎直方向，觀察并記錄U形管液面的高度差。實驗現象：U形管液面的高度差Δh相等。水水水深度相同橡皮膜的方向向上橡皮膜的方向向前橡皮膜的方向向下ΔhΔhΔh二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關操作2：保持探頭在水中的方向不變（水平向下），逐漸增加探頭在水中的深度，觀察并記錄U形管液面的高度差。實驗現象：U形管液面高度差Δh1＜Δh2＜Δh3Δh3液體相同、探頭在水中的方向相同Δh2Δh1二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關操作3：把壓強計的探頭分別放入水、硫酸銅溶液中，控制深度相同、探頭所對某一方向相同，觀察并記錄U形管液面的高度差。實驗現象：U形管液面的高度差Δh水＜Δh硫酸銅Δh硫酸銅Δh水二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關【分析論證】（1）由操作1可得出：在液體內部的同一深度，向各個方向的壓強相等。（2）由操作2可得出：同種液體，液體內部的壓強隨深度的增加而增大。（3）由操作3可得出：液體內部的壓強跟液體密度有關。深度相同時，密度越大，液體內部的壓強越大。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關【實驗結論】大量實驗表明：在相同液體內部，同一深度處各個方向的壓強大小相等，深度越深，壓強越大；在不同液體的同一深度處，液體的密度越大，壓強越大。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關【交流討論】（1）探究中用到的方法①轉換法通過觀察U形管兩液柱的高度差來比較壓強的大小。②控制變量法探究液體內部的壓強與方向的關系；探究液體內部壓強與深度的關系；探究液體內部壓強與液體密度的關系。（2）壓強計只能比較壓強的大小，不能測量壓強的大小。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關（3）探究液體的壓強與液體質量的關系【演示實驗】取兩只粗細不同、瓶嘴大小相同的塑料瓶去底，在瓶嘴上扎橡皮膜，將其倒置，向兩瓶中裝入等質量的水，觀察橡皮膜向外凸出的情況。【實驗現象】橡皮膜凸出的程度不同，細塑料瓶橡皮膜凸起得更大些。結論：等質量的水對底部的壓強不同，液體壓強的大小與液體質量無關，而與液體深度有關，深度越大，壓強越大。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關視頻講解——《探究液體內部的壓強》二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關2.與液體壓強有關的現象②水壩上窄下寬③“蛟龍”號潛水器下潛深度最大為7062m①輸液時，要把藥液提高一定高度

以上事例都包含了“液體的壓強隨深度的增加而增大”的道理.二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關④潛水員在不同的深度使用不同的潛水服液體壓強隨深度的增加而增大，故深海潛水服比淺海潛水要更耐壓，更厚重些。淺水游泳可以裸體下潛深度達幾十米，需要穿潛水服恒壓潛水服工作深度可達660m二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關【例題1】如圖所示是用壓強計“研究液體內部的壓強”的實驗裝置。（1）使用壓強計前，發現U形管左右兩側的水面有一定高度差，如圖甲，其調節的方法是____（選填“A”或“B”），使U形管左右兩側的水面相平；A．將右側支管中高出的水倒出B．取下軟管重新安裝（2）比較圖中的乙和丙圖，可以得到：液體的壓強與____________有關。比較圖中_______兩圖，可以得液體的壓強與液體密度有關。B液體的深度丙、丁二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關（1）進行調節時，只需要將軟管取下，再重新安裝，這樣的話，U形管中兩管上方的氣體壓強就是相等的（都等于大氣壓），當橡皮膜沒有受到壓強時，U形管中的液面就是相平的，故A不符合題意，B符合題意。故選B。（2）比較圖乙和圖丙兩圖知，液體的密度相同，深度不同，U形管液面的高度差不同，壓強不同，故可以得到：液體的壓強與液體的深度有關。要探究液體的壓強與液體密度的關系，需要控制液體的深度相同，改變液體的密度，圖丙、丁符合題意。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關hSh（1）研究方法——“理論推導法”要想得到液面下某處的壓強，可以設想這里有一個水平放置的“平面”S。這個平面以上的液柱對平面的壓力等于液柱所受的重力，所以計算出液柱所受的重力是解決問題的關鍵。計算這段液柱對“平面”產生的壓強，就能得到液面下深度為h處的壓強。研究方法——“理論推導法”。是物理學中一種重要的研究方法.3.推導液體壓強公式二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關這個液柱體的體積：V=Sh這個液柱的質量：m=ρV=ρSh這個液柱對平面的壓力：F=G=mg=ρVg=ρgSh平面S受到的壓強：p=F/S=ρgSh/S=ρgh因此，液面下深度為h處液體的壓強為Sh設想在密度為ρ的液面下有一高度為h、截面積為S的液柱。p=ρgh二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關（2）進一步理解p=ρgh①公式中的物理量及其單位ρ表示液體的密度，單位為千克/米3（kg/m3）h表示液體的深度，單位為米（m）g為常數，大小為9.8N/kgp表示液體在深度為h處的壓強，單位為帕（Pa）。公式中的物理量單位全部使用國際單位。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關②深度h

指液面到某點的豎直距離，而不是高度。如圖所示，容器底部的深度為50cm，A點的深度為30cm。20cm50cmAA點的深度為_____cm30深度hA深度h二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關③影響液體壓強大小的因素根據p=ρgh可知：液體內部壓強只跟液體密度和深度有關；與液體的質量、體積、重力、容器的底面積、容器形狀均無關。水平面上，有一暖壺和一大盆，都盛滿水，哪個容器里水的重力大？哪個容器里的水產生的壓強大？大盆里水的重力大；暖壺里的水產生的壓強大。

二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關（3）帕斯卡破桶實驗帕斯卡在1648年，曾經做了一個著名的實驗：他用一個密閉的裝滿水的木桶，在桶蓋上插入一根細長的管子，從樓房的陽臺上向細管子里灌水。結果只灌了幾杯水，竟把桶壓裂了，桶里的水從裂縫中流出來，你能解釋這個現象嗎？由于細管子的容積較小，幾杯水灌進去，大大提高了水的深度，能對水桶產生很大的壓強。這個壓強就對桶壁在各個方向產生很大的壓力，把桶壓裂了。“帕斯卡裂桶實驗”說明：同種液體產生的壓強取決于液體的深度，與液體的質量、重力等無關。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關

視頻觀賞——《模擬帕斯卡破桶實驗》二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關【例題1】有人說，“設想你在7km深的蛟龍號潛水器中把一只腳伸到外面的水里，海水對你腳背壓力的大小相當于1500個人所受的重力！”海水壓力真有這么大嗎？請通過估算加以說明。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關因為是估算，海水密度取1.0×103kg/m3，g取10N/kg，則7km深處海水的壓強為：

p＝ρgh＝1.0×103kg/m3×10N/kg×7×103m＝7×107Pa腳背的面積近似取S=10cm×13cm=130cm2=1.3×10-2m2腳背受的壓力F=ps=7×107Pa×1.3×10-2m2=9.1×105N一個成年人的質量約為60kg，所受重力

G=mg=60kg×10N/kg=600N假設腳背所受壓力的大小相當于n個成年人所受重力

n=9.1×105N/600N=1500（個）估算結果表明，在深7km的海底，水對腳背的壓力確實相當于1500個人的重力。二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關三、與液體壓強相關的應用實例（1）連通器概念：上端開口、底部互相連通的容器叫做連通器。注意連通器的特征：底部互相連通；容器上端都開口；與形狀無關。1.連通器實驗用連通器自制連通器U型管連通器（2）連通器的特點①實驗探究如圖所示，將兩根玻璃管下端用橡皮管連在一起，管中注入適量的水，將其中一根玻璃管固定在鐵架臺上，手持另一根玻璃管，做成一個連通器，當在連通器中注入水后，就可以研究連通器的特點。三、與液體壓強相關的應用實例在連通器中加水，保持一個管筒不動，使另一個管筒升高、降低或傾斜，待水面靜止時觀察兩筒中水面高度。發現在連通器中加水，當水靜止時，兩筒中水面總是相平。三、與液體壓強相關的應用實例②連通器的特點靜止在連通器內的同種液體，各部分直接與大氣接觸的液面總是保持在同一水平面上。由連通器特點可知，液面相平的條件：連通器中只有一種液體；液體不流動。三、與液體壓強相關的應用實例為什么連通器內只裝一種液體且靜止時各部分液面總是相平的？①研究方法：“理想模型”法。設想在U形管連通器的底部有一“液片”AB，以該“液片”為研究對象。該“液片”把液體分為左、右兩部分，該液片要受到兩邊液體的壓力。AB（3）解釋連通器特點三、與液體壓強相關的應用實例F左F右液體靜止，液片AB處于平衡狀態水平方向，液片受力平衡F左=F右液片兩側壓強相等，即p左=p右得出h左=h右，液片兩側液柱高度相等h右h左

ρgh左=ρgh右②連通器液面相平原理兩側液面相平三、與液體壓強相關的應用實例2.連通器的應用（1）茶壺茶壺的結構是上端開口，下部連通，構成一個連通器，因此是利用連通器特點工作的。根據同種液體，在液體不流動時連通器內各容器的液面總是保持相平可知，當壺內盛滿水，從水面茶嘴位置就可以倒出來了。

三、與液體壓強相關的應用實例鍋爐水位計也叫液位計（水位表），是用來觀察液位高低的。鍋爐的鍋筒是一個大容器，水位計是一個小容器，兩個容器構成一個連通器，當將兩者連通后，水位必定在同一高度上，所以水位表上顯示的水位高度是鍋筒的實際水位。（2）鍋爐水位計三、與液體壓強相關的應用實例U形管存水彎頭是一個連通器，正常使用時應充滿水，阻礙下水道內的臭味從下水管進入洗手間內，如圖所示。（3）洗手間下水管三、與液體壓強相關的應用實例儲水槽與飲水槽構成連通器，水位不相平時水就能流動，使水槽內始終有水，如圖所示。（4）乳牛自動喂水器在牲畜飲水時，飲水槽里面的水位下降，儲水槽里的浮球隨之下降。通過杠桿使閥門向上升起，使水從水管中流出，補充進水槽中。當水槽里水面升高時，浮球也隨之升高，通過杠桿帶動閥門下降，關閉閥門，使水停止流入水槽。三、與液體壓強相關的應用實例水塔和自來水管道構成連通器，水塔中的水位比水龍頭處高，打開水龍頭時由于水位要保持相平，水便從水龍頭處流出。（5）水塔的供水系統三、與液體壓強相關的應用實例3.船閘

想一想三峽大壩橫斷江底，高185米，長2309.5米，是世界上最大的水力發電站，但也帶來了航運方面的問題，那萬噸巨輪是怎樣翻過三峽大壩的呢？

原來，人們在三峽大壩側邊修建了一個巨大的連通器——船閘，下面我們一起看看輪船是怎樣“翻過”大壩的。

三、與液體壓強相關的應用實例（1）船閘的基本構造上游下游閘室下游閘門A上游閘門B上游閥門B下游閥門A三、與液體壓強相關的應用實例（2）船閘的工作過程①當輪船從下游駛向上游時，閥門A打開，閘室與下游構成一連通器，閘室里的水位下降，最后與下游水面相平。此時閘門A打開，船只駛入閘室。閘室下游上游輪船駛入方向下游上游三、與液體壓強相關的應用實例輪船駛入方向上游閘門B上游閥門B下游閘門A下游閥門A②船只駛入閘室后，下游A閥門、A閘門關閉。上游閥門B打開，此時閘室與上游構成一連通器，閘室里水位升高，最后與上游水面相平。此時上游閘門B打開，輪船就可以直接駛向上游了。三、與液體壓強相關的應用實例③輪船由上游通過船閘駛往下游的情況請看視頻。

動畫演示——《船閘工作原理》三、與液體壓強相關的應用實例

三峽大壩的雙線五級船閘，它全長6.4公里，船閘上下落差達113米，船舶通過船閘要翻越40層樓房的高度，規模舉世無雙，是世界上最大的船閘。五級船閘示意圖（3）三峽船閘三、與液體壓強相關的應用實例【例題1】如圖所示，U形管一側盛有煤油，另一側盛有水（ρ煤油<ρ水），閥門關閉時，液面相平，此時該裝置_______（選填“是”或“不是”）連通器，當把閥門打開時，將會發現液體_________（選填“向左流動”、“不流動”或“向右流動”）。向右流動閥門關閉時，雖然兩邊液面相平，但其底部不連通，所以此時該裝置不是連通器。當把閥門打開時，該裝置構成連通器，在U形管中的水與煤油的深度相同時，由于水的密度大，所以水產生壓強大于煤油產生的壓強，部分水將經閥門流向右側管內，直至兩邊的液體壓強相等。不是三、與液體壓強相關的應用實例【例題2】三峽大壩是我國的宏偉工程。（1）船閘是利用___________的原理工作的。如圖1是輪船開往下游時進入閘室后，欲到下游時的示意圖，下一步應先打開______，再打開______。（選填“閥門A”、“閥門B”、“閘門C”或“閘門D”）（2）如圖2所示，大壩設計成了上窄下寬的形狀，原因是_____________。連通器閥門B閘門D液體壓強隨深度的增加而增大三、與液體壓強相關的應用實例（1）船閘底部連通，左右兩側上端開口，是利用連通器原理工作的。如圖輪船從上游進入閘室后，欲去往下游時，應先打開閥門B，使閘室內的水通過閥門流出，讓閘室與下游的水面保持相平，再打開閘門D，讓輪船駛入下游河道。（2）三峽大壩設計成上窄下寬的形狀，原因是：液體壓強隨著深度的增加而增大，底部河壩受到的壓強大，寬厚的河壩能夠承受較大的壓強。三、與液體壓強相關的應用實例（1）帕斯卡定律內容：加在密閉液體上的壓強，能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞。帕斯卡定律是許多液壓系統和液壓機工作的基礎。4.帕斯卡定律（拓展）液壓機原理示意圖（2）液壓機工作原理液壓機的工作原理如圖所示，兩個活塞與同一容器的液體相接觸，施加于小活塞的壓強大小不變地被液體傳遞給大活塞，大活塞便可以產生一個與其橫截面面積成正比的力。三、與液體壓強相關的應用實例設小活塞的橫截面積為S1，大活塞的橫截面積為S2，當小活塞給液體施加向下的壓力F1時，產生的壓強

，根據帕斯卡定律，液體會將該壓強傳遞給大活塞，即在大活塞上產生大小與p1相等的壓強p2，產生的壓力為F2，則有

。所以有，也就是說，如果大活塞面積是小活塞面積的多少倍，那么液體作用于大活塞上的力將為小活塞對液體壓力的多少倍。可見，液壓機的特點就是能夠將較小的力通過液體“放大”。三、與液體壓強相關的應用實例（3）液壓千斤頂原理如圖所示，人們通過機械給小活塞施加力，密閉液體將液體壓強大小不變地傳給大活塞，大活塞因此獲得更大的力，再通過機械將物體（如小汽車）頂起。

液壓千斤頂原理示意圖三、與液體壓強相關的應用實例①在相同液體內部，同一深度處各個方向的壓強大小相等，

深度越深，壓強越大；在不同液體的同一深度處，液體的密度越大，壓強越大。②計算公式：p=ρgh

h表示深度：液面到某點的豎直距離。③影響液體壓強大小的因素：只與液體密度和深度有關；與液體的質量、體積、容器的底面積、形狀均無關。①連通器：上端開口、底部互相連通的容器叫做連通器。②連通器特點：靜止在連通器內的同種液體，各部分直接與大氣接觸的液面總是保持在同一水平面上。③連通器應用：茶壺、鍋爐水位計、船閘等。④帕斯卡定律：加在密閉液體上的壓強，能夠大小不變地被液體向各個方向傳遞。例如液壓機就是能夠將較小的力通過液體“放大”。探究液體壓強與哪些因素有關液體壓強的特點液體壓強的應用1.下列各圖不屬于連通器的是（）A．鍋爐水位 B．U形“反水彎”C．攔河壩 D．三峽船閘A．鍋爐水位計是利用連通器的原理制成的，故A不符合題意；B．下水道U形反水彎是上端開口，下部連通，故是連通器原理，故B不符合題意；C．攔河壩做成上窄下寬是因為液體壓強隨深度的增加而增大，故C符合題意；D．船閘的上游閥門打開時，上游和閘室構成連通器，下游閥門打開時，下游和閘室構成連通器，故D不符合題意。C故選C.2.同種液體內部的壓強隨________的增加而增大。如圖所示，容器中盛有水，則A處的深度是_____cm，B處水產生的壓強是______Pa（g取10N/kg）。液體壓強與液體的密度和浸入液體的深度有關，同種液體內部，深度越深，壓強越大.由圖知，A處的深度是0。B處的深度h=30cm-5cm=25cm=0.25m則B處水產生的壓強p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.25m=2500Pa深度025003.為探究液體壓強與哪些因素有關，取一個空的透明塑料瓶，在瓶口扎上橡皮膜，將塑料瓶浸在液體中，橡皮膜向瓶內凹進得越多，表明液體的壓強越大。（1）將塑料瓶豎直地浸入水中，第一次瓶口朝上（如圖甲），第二次瓶口朝下（如圖乙），兩次塑料瓶在水里的位置相同。圖乙中的橡皮膜凹進得更多，則可得到的實驗結論是：同種液體中，__________，液體的壓強越大；乙深度越大（2）若用體積相同的酒精（ρ酒精<ρ水）進行實驗，如圖丙所示，塑料瓶在酒精里的位置與圖乙相同，則圖_____（選填“乙”或“丙”）中的橡皮膜凹進得更多。（1）由甲、乙兩圖可知，雖然兩次塑料瓶在水里的位置相同，但瓶口朝向不同，甲圖中的瓶口所處的深度小于乙圖中瓶口所處的深度，乙圖中瓶口的橡皮膜凹進得更多。則可得到的實驗結論是：同種液體中，深度越大，液體的壓強越大。（2）用體積相同的酒精放入相同的塑料瓶中，則兩液體的液面處于同一水平高度。如圖丙所示，塑料瓶在酒精里的位置與圖乙相同，塑料瓶的瓶口朝向也相同，即瓶口處橡皮膜在兩種液體的同一深度，由液體壓強與液體的密度和深度有關，當液體深度相同時，液體的密度越大，壓強越大可知，橡皮膜在水中受到的壓強大于在酒精中受到的壓強，所以乙圖中的橡皮膜凹進得更多。4．2020年我國自主研制的“海斗一號”多次下潛至萬米深海，完成了聲學測線、布放標志、沉積物取樣、高清攝像等一系列科考任務。（g=10N/kg，海水的密度近似取ρ海水＝1.0×103kg/m3）（1）“海斗一號”下潛至離海平面10000m深處觀察攝像，觀察窗面積近似取400cm2，請估算觀察窗在該深度所受海水的壓力；（2）“海斗一號”廣泛使用了新材料，新材料具有很多的優良性能，例如：抗腐蝕性強。請你再舉出一例在“海斗一號”中新材料所具有的優良性能。（1）觀察窗所受海水的壓強為p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×10000