初中物理实验11 探究液体内部的压强大小(解析版)

资源下载
  1. 二一教育资源

初中物理实验11 探究液体内部的压强大小(解析版)

资源简介

实验11 探究液体内部的压强大小
基础考点梳理
【设计与进行实验】
1.实验器材:压强计、刻度尺、水、硫酸铜溶液(盐水)等。
2.实验前要检查装置的气密性:用手轻压金属盒上的橡皮膜,观察U型管中的液柱是否变化,若漏气,两液柱始终相平;
3.实验前U形管液面应调平:为了避免橡皮管中有气体导致液面不相平,应拆除橡皮管重新安装;
4.实验方法:
(1)转换法:通过观察U形管两液柱的高度差来比较压强的大小;
(2)控制变量法:①探究液体内部的压强与方向的关系:控制金属盒在同种液体的统一深度,改变金属盒的方向,观察U形管液面的高度差;②探究液体内部压强与深度的关系:控制金属盒在同种液体中,改变金属盒的深度,观察U形管液面的高度差;③探究液体内部压强与液体密度的关系:控制金属盒在相同深度,改变液体的种类,观察U形管液面的高度差;
5.实验过程中U形管两边液柱的高度几乎不变的原因:实验仪器气密性不好;
【交流与反思】
6.探究移动方向的判断:改变液体密度,为了使液体压强不变,若密度增大,探头应向上移动,若密度减小,探究应向下移动;
7.液体密度的相关判断:①同一深度处,液面差大的液体密度大;②液面差相等时,深度深的液体密度小;
实验结论:液体内部向各个方向都有压强,在液面同一深度处,向各个方向的压强都相等;深度越大,压强越大;液体内部的压强大小还跟液体的密度有关,在深度相同时,液体的密度越大,则压强越大。
8.注意:①液体压强大小与其他的因素,如重力、体积、容器的形状、底面积等无关。②此实验只能定性的描述液体内部的压强特点。
典型例题赏析
1.在“探究影响液体内部压强的因素”的实验中,实验小组进行了大胆猜想:
猜想1:液体内部压强与方向有关
猜想2:液体内部压强与液体深度有关
猜想3:液体内部压强与液体的密度有关
为验证以上猜想,实验小组进行了如下操作.
(1)实验前,应检查液体压强计的气密性,检查气密性的方法是 用手挤压橡皮膜,观察U形管左右两边液面是否出现明显的高度差.
(2)若使用压强计前,U形管两侧液面存在高度差,接下来的操作是 拆下橡皮管,重新安装实验器材 .
(3)调好后,实验小组进行实验的情形如图甲所示.
①图A实验时,压强计显示的是橡皮膜 上方 (选填“上方”或“下方”)的水对它的压强.
②比较图B和图C验证的是猜想 猜想1 .
③比较图 BD ,保持探头在同一液体中且方向不变,改变探头的深度,由实验现象可以得出结论 同种液体中,液体深度越深,则压强越大 ;因此拦河大坝要做成 上窄下宽 (选填“上窄下宽”或“上宽下窄”)的形状.
④比较图B和图D,由实验现象可以得到的结论是 深度相同时,液体密度越大,则液体压强越大 .
(4)(操作评估)(2020咸宁改编)小丽实验时,保持图C中探头位置不变,将适量浓盐水倒入烧杯中搅匀后,她发现U形管两侧液面的高度差又变大了,于是也得出(2)④问的结论,小明认为她的操作不可靠,原因是 没有探究在液体中深度相同 ,正确的操作是 向水中加入适量的盐 .
(5)(现象分析与方案设计)(2021宁夏)实验过程中发现:在同种液体内部同一深度处,使用不同的压强计,U形管两侧液面的高度差不完全相同,某同学认为可能与探头橡皮膜安装的松紧有关,请你设计实验证明他的观点 使用两个相同的压强计和松紧不同的压强计,放在同种液体的同一深度,观察左右液面高度差情况 。
(6)(自制装置)(人教八下习题改编)组内小明将图乙容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用橡皮膜封闭,用该装置探究液体压强的影响因素.
①为了验证猜想2,应该 同种液体改变不同的深度 (填操作方法);若隔板左侧的液面更高,观察到的现象是橡皮膜向 右 凸起.
②为了验证猜想3,应该 同一深度使用不同的液体 (填操作方法);正确操作后,观察到橡皮膜向左凸起,说明两侧液体的密度ρ左_<__ρ右(选填“>”“<”或“=”).
2.2020年11月10日,“奋斗者”号在马里亚纳海沟成功坐底,创造了10909m的中国载人深潜新纪录,标志着我国在载人深潜领域达到世界领先水平。这激发了小杨同学探究液体内部压强的兴趣,实验如图所示。
(1)图甲是U形管压强计,从结构来看,压强计  不是 (选填“是”或“不是”)连通器。
(2)比较图乙、丙两次实验可知:同种液体内部压强随深度的增加而  增大 ;比较乙,丁两次实验可初步判断:液体内部压强与液体密度  有关 (选填“有关”或“无关”)。
(3)根据液体内部压强的规律可知,“奋斗者”号深潜到10000m时每平方米的舱体受到的海水压力为  1.03×108 N(取ρ海水=1.03×103kg/m3),相当于质量为  1.03×104 t的物体受到的重力。
(4)在图乙的实验中,保持金属盒位置不变,在容器中加入适量清水与其均匀混合后(液体不溢出),橡皮膜受到的液体压强将  变大 (选填“变大”、“变小”或“无法判断”)。
【解答】解:(1)在实验中,U形管压强计金属盒上的橡皮膜应该选用薄一些的为好,因为橡皮膜越薄,橡皮膜越容易发生形变,这样在测量时会较灵敏,实验效果明显;
压强计一端被封闭,不符合“上端开口,底部连通”这一特点,因此,压强计不是连通器;
(2)比较乙、丙两次实验可知,液体的密度相同时,液体越深,U形管液面高度差越大,液体的压强越大,说明同种液体内部压强随深度的增加而增大;
比较乙、丁两次实验可知,液体的深度相同时,液体的密度不同,U形管液面高度差不同,液体的压强不同,说明液体内部压强与液体密度有关;
(3)“奋斗者”号深潜到10000m时受到的压强p=ρ海水gh=1.03×103kg/m3×10N/kg×10000m=1.03×108Pa,
由p=F/S可得,每平方米的舱体受到的海水压力F=pS=1.03×108Pa×1m2=1.03×108N,
由G=mg可得,这些压力相当于质量为m的物体受到的重力,则m=G/g=F/g=1.03×107kg=1.03×104t;
(4)图乙中实验中,保持金属盒位置不变,在容器中加入适量清水与其均匀混合后(液体不溢出),容器底部受到液体压力增大,压强增大;容器底压强可以分成金属盒以上和金属盒以下两部分,金属盒以下部分深度不变,加清水后液体密度变小,由公式p=ρgh可知,金属盒以下部分液体压强变小,而容器底压强变大,所以金属盒(橡皮膜)以上的压强变大。
故答案为:(1)不是;(2)增大;有关;(3)1.03×108;1.03×104;(4)变大。
3.实验小组利用如图﹣1的压强计探究“液体压强的大小与什么因素有关”的实验。
(1)实验中通过比较压强计U形管的液面高度差来反映液体压强的大小,请写出一个运用该研究方法的实验名称: 探究影响压力作用效果的因素 。
(2)用压强计的探头放入水中某深度,如图﹣2所示,转动探头的方向,观察到压强计U形管的液面高度差无变化,说明在同一液体、同一深度,各个方向的液体压强  相等 。然后改变探头的深度,再将探头放入盐水中如图﹣3所示,重复实验记录的实验数据如表,请在图﹣4中绘制出前三次实验的液面高度差与水深度之间的关系图象。
次数 液体 深度h/mm 压强计
左液面/mm 右液面/mm 液面高度差Δh/mm
1 水 30 180 210 30
2 60 165 225 60
3 90 150 240 90
4 盐水 90 145 245 100
(3)①分析比较  1、2、3 三次实验数据,液体压强随深度增加而增大;
②分析比较3、4两次实验数据,可得出结论: 在同一深度,液体的密度越大,产生的压强越大 。
(4)分析实验数据可得出实验中的水的密度与盐水的密度的比值为  9:10 。
【解答】解:(1)实验中通过比较压强计U形管的液面高度差来反映液体压强的大小,利用了转换法,在探究影响压力作用效果的因素实验中,通过海绵的凹陷程度比较压力的作用效果,同样运用了转换法;
(2)图﹣2中,转动探头的方向,观察到压强计U形管的液面高度差无变化,说明在同一液体、同一深度,各个方向的液体压强相等;
根据前三次实验的液面高度差与水深度之间的关系可绘制图象如下:
(3)①分析比较1、2、3三次实验数据可知,液体的密度相同,深度不同,故可得出:液体压强随深度增加而增大;
②分析比较3、4两次实验数据可知,液体的深度相同,密度不同,可得出结论:在同一深度,液体的密度越大,产生的压强越大。
(4)根据实验数据,由液体压强公式p=ρgh可得,当深度相同时,液面的高度差为90mm:100mm,
说明二者的压强之比为9:10,则水的密度与盐水的密度的比值为9:10。
故答案为:(1)探究影响压力作用效果的因素;(2)相等;见上图;(3)①1、2、3;②在同一深度,液体的密度越大,产生的压强越大;(4)9:10。
4.在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中:
(1)实验前,小明利用U形管、软管、扎紧橡皮膜的探头等组装成压强计后,发现U形管两侧液面不相平,如图甲所示,他应进行的调节方法是  应该取下软管重新安装 。
(2)调整好压强计后,小明按图乙所示开始实验,实验记录的数据如表:
序号 液体 深度/cm 橡皮膜方向 压强计左右液面高度差/cm
1 水 5 朝上 4.9
2 水 5 朝下 4.9
3 水 5 朝侧面 4.9
4 水 10 朝侧面 9.7
5 水 15 朝侧面 14.6
6 盐水 15 朝侧面 16.7
①比较序号1、2、3三组数据,探究的问题是  在同种液体的同一深度,液体向各个方向的压强是否相等 ;
②比较序号  3、4、5 三组数据,可以得出结论:同种液体中,深度越深,液体的压强越大;
③比较序号5、6两组数据,可得出的结论是  同一深度处,液体密度越大,液体的压强越大 。
(3)玲玲保持图乙中探头的位置不变,并向容器内加入适量的浓盐水,发现U形管两侧液面的高度差又变大了,于是得出了“在同一深度处,液体的密度越大,其内部的压强越大”的结论。老师说她的操作不科学,原因是  加入浓盐水后探头在液体中的深度也改变了 ,为了得到正确结论,正确操作是将探头适当  上移 (选填“上移”或“下移”)。
【解答】解:(1)当压强计的金属盒在空气中时,如果U形管中的液面不相平,则不能正常使用,应该取下软管重新安装;
(2)①序号1、2、3次实验中,将压强计的探头放在水中5cm深处,使橡皮膜朝向不同的方向,是研究同种液体在同一深度,液体向各个方向的压强是否相等;
②若要探究液体内部压强与深度的关系,应将压强计金属盒放入水中不同深度,符合要求的是3、4、5三组数据;
③比较实验⑤⑥中将探头放进不同密度液体中同一深度处,发现探头在盐水中时压强计两边液面高度差大,压强大,可得出的结论是:同一深度处,液体密度越大,液体的压强越大;
(3)在探究液体压强与液体密度是否有关时,因控制探头所处的深度相同。加入盐水后,烧杯中液体的密度增大,深度也会增大。但因探头的保持位置不变,则探头在盐水中的深度相较于在清水中的深度会增大,所以此时得出的实验结论是不可靠的;为了得到正确结论,正确操作是将探头适当上移。
故答案为:(1)取下软管重新安装;(2)①在同种液体的同一深度,液体向各个方向的压强是否相等;②3、4、5;③同一深度处,液体密度越大,液体的压强越大;(3)加入浓盐水后探头在液体中的深度也改变了;上移。
5.同学们利用压强计等装置“探究液体内部压强的规律”,进行了如下的操作:
(1)在使用压强计前,发现U形管中两侧液面已有高度差(如图所示),接下来的操作是(选填字母)  B 。
A.直接从U形管右侧中倒出适量液体
B.拆除胶管重新安装
(2)把调好的U形管压强计放在空气中时,U形管两边的液面应该  相平 ,组装完好的压强计中的U形管  不是 (选填“是”或“不是”)连通器。
(3)正确操作后,分析乙、丙两图的实验现象,初步得出的结论是:同种液体中,液体压强随液体深度的增加而  增大 ,因此拦河大坝要做成  上窄下宽 (选填“上窄下宽”或“上宽下窄”)的形状。
(4)玲玲保持丙图中探头的位置不变,并向容器内加入适量的浓盐水,她发现U形管两侧液面的高度差又变大了,于是得出了“在同一深度,液体的密度越大,其内部的压强越大”的结论。她的操作不可靠,原因是加入盐水后液面位置改变了,正确操作是应将探头适当  上移 (选填“上移”或“下移”)。
(5)红红用图丁装置测量未知液体的密度:在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到观察到橡皮膜相平,测出左侧水面到橡皮膜中心的深度为h1,还需要测量的物理量有  B 。
A.右侧待测液体液面到容器底的深度h2
B.右侧待测液体液面到橡皮膜中心的深度h3
根据你选用的物理量推导出待测液体密度的表达式ρ= ×ρ水 (用题中字母和ρ水表示)。
【解答】解:(1)在使用压强计前,发现U形管中两侧液面已有高度差(如图甲所示),接下来的操作是,只需要将软管取下,再重新安装,这样的话,U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的;选B;
(2)正确操作后,分析乙、丙两图知,液体密度相同,乙中深度较大,液体产生的压强较大,初步得出的结论是:同种液体中,液体压强随液体深度的增加而增大,因此拦河大坝要做成上窄下宽的形状;
(3)研究液体压强与密度的关系,要控制液体的深度相同;
保持丙图中探头的位置不变,并向容器内加入适量的浓盐水,密度增大的同时,液体深度也增大了,没有控制液体的深度不变;为控制深度相同,正确操作是应将探头适当上移;
(4)①在左侧加入适量的水,在右侧缓慢倒入待测液体,直到观察到橡皮膜相平,则左右液体产生的压强相同,即ρ水gh1=ρ液gh3;
ρ液=×ρ水,故需要测量的物理量是:
右侧待测液体到橡皮膜中心的深度h3;
选B;
②液体的密度的表达式:ρ液=×ρ水。
故答案为:(1)B;(2)增大;上窄下宽;(3)上移;(4)B;×ρ水。
6.如图1是某实验小组“探究液体压强与哪些因素有关”的实验装置。
(1)在使用压强计前,发现U形管液面已有高度差,如图1甲所示,应通过方法  B (选填“A”或“B”)调节。
A.从U形管右侧倒出适量水
B.取下软管重新安装
(2)将探头放在图1乙位置不变,只改变探头的方向,发现U形管液面高度差不变,这说明:液体压强的大小与方向  无关 (选填“有关”或“无关”);比较乙、丙两次实验,可得出:在同种液体中,液体内部压强随  深度 的增加而增大;要探究液体内部压强的大小是否与液体密度有关,应选择图1中  丙、丁 两次实验进行比较。
(3)探究了液体压强的相关内容后,该小组通过交流合作,设计出如图2所示的创新实验器材,测量盐水的密度:
①用细线和橡皮膜把两端开口且粗细均匀的玻璃管一端扎紧,向管内倒入适量的水,橡皮膜向下凸起,如图2甲所示,用刻度尺测出水面到下管口的距离记为h1;
②在烧杯中装入适量的盐水,将玻璃管缓慢浸入其中,直至橡皮膜与下管口平齐为止,如图2乙所示,用刻度尺测出盐水面到下管口的距离记为h2;
③盐水密度表达式:ρ盐水=  ρ水 (用ρ水、h1、h2表示)。
(4)该小组对第(3)问的探究过程进行评估、反思,发现橡皮膜恢复原状后管中水面会发生变化,所测盐水的密度  偏小 (选填“偏大”或“偏小”)。
【解答】解:(1)若在使用压强计前,发现U形管内水面已有高度差,只需要将软管取下,再重新安装,这样U形管中两管上方的气体压强就是相等的(都等于大气压),当橡皮膜没有受到压强时,U形管中的液面就是相平的,则B正确;
故选B;
(2)将探头放在图1乙位置不变,只改变探头的方向,发现U形管液面高度差不变,说明液体的压强不变,即液体压强的大小与方向无关;
比较乙图、丙图,在相同液体中的不同深度处,U形管两侧的液面高度差不相等,液体的压强与液体的深度有关;
在丙、丁两图中压强计探头的深度相同,液体的密度不同,液体的压强不同,故比较丙、丁两图,可以得出液体的压强与液体密度有关;
(3)如图2中甲所示,用细线和橡皮膜把玻璃管一端扎紧,向管内倒入适量的水,用刻度尺测出水面到下管口的距离记为h1;
如图2中乙所示,在烧杯中装入适量的盐水,将玻璃管缓慢浸入其中,直至橡皮膜水平为止,用刻度尺测出盐水面到下管口的距离记为h2;
因为橡皮水平,说明盐水与水产生的压强相等,即ρ盐水gh2=ρ水gh1,
解得盐水的密度表达式:ρ盐水= ρ水;
(4)由图甲橡皮膜先下凸出,会造成测出水的实际深度大于h1,即测量出h1偏小,故密度的测量值偏小。
故答案为:(1)B;(2)无关;深度;丙、丁;(3) ρ水;(4)偏小。
7.同学们在探究“液体内部压强的特点”的活动中:
(1)当微小压强计探头放入液体中的不同位置时,可以通过比较U形管两边  液面高度差 来比较压强的大小;
(2)如图所示,小明同学将探头放入水中进行实验,分析图中信息可知:
①根据A、B、C图的实验现象,可得出的结论有  液体内部向各个方向都有压强;同种液体同一深度,液体向各个方向的压强大小相等 。
②根据  B、D、E 三幅图的实验现象,可得出“水的压强随深度的增加而增大”的结论。
(3)如图F所示,小明同学进一步探究“液体压强与深度的定量关系”,他把玻璃管竖直插入水中深h处,向管内缓慢加入细沙,直至橡皮膜没有凹凸,并将数据填入下表。
实验次数 液体种类 沙子的质量m/kg 玻璃管的内截面积S/m2 水对橡皮膜的压强p/Pa 橡皮膜所在的深度h/m
1 水 0.025 500 0.05
2 0.050 1000 0.10
3 0.075 1500 0.15
①由于疏忽,小明忘记记录玻璃管的内截面积,请通过计算帮他将表格空白处补充完整(g=10N/kg)
②根据表格信息,写出分析处理实验证据并得出结论的过程。
【解答】解:(1)压强计探头放入液体中的不同位置时,受到的液体压强不同,可以通过U形管两边液体高度差来表示;
(2)①根据A、B、C图的实验现象,将压强计的探头放在水中的同一深度处,使橡皮膜朝向不同的方向,会观察到U形管内液面高度差不改变,这说明液体内部向各个方向都有压强;同种液体同一深度,液体向各个方向的压强大小相等;
②要探究水的压强与深度的关系,应控制深度不变,改变探头在水中的深度,观察压强的变化,可以通过B、D、E分析可得,水的压强随深度的增加而增大;
(3)①橡皮膜没有凹凸,说明橡皮膜上下两个面所受压强相同,即p沙=p水=500Pa,
F=G沙=mg=0.025kg×10N/kg=0.25N,
由p=F/S得,S==5×10 m2;
②由表知,三次实验所用液体都是水,
=10000Pa/m,
=10000Pa/m,
=10000Pa/m,
比较可知,==,
可得结论:同种液体,液体内部压强与深度成正比。
故答案为:(1)液面高度差;(2)①液体内部向各个方向都有压强;同种液体同一深度,液体向各个方向的压强大小相等;②B、D、E;(3)①5×10 ;②由表知,三次实验所用液体都是水,
=10000Pa/m,
=10000Pa/m,
=10000Pa/m,
比较可知,==,
可得结论:同种液体,液体内部压强与深度成正比。

展开更多......

收起↑

资源预览