题目内容
小英设计了一个实验,验证水的内部压强和水深的关系,所用的装置如图所示,增加细管内的砂粒可以改变细管沉入水中的深度.
(1)指出所需要的测量工具,并用字母表示需要测量的物理量.
(2)逐条写出实验步骤.
(3)根据测量的量导出在不同深度处计算压强的公式.
(4)说明怎样通过实验结果判断水的内部压强是否与水深成正比.
解:根据压强的公式,P=,F浮=G=F,利用阿基米德原理可表示出浮力的大小,F浮=ρ水gV排,要得浮力,就必须测出V排,V排=Sh,所以要使用刻度尺测细管的直径d和浸入水中的深度H;这样求出浮力,也就得出压力大小,然后就表示出了压强大小,进而得出结论.
故答案为:
(1)需要用的测量工具是直尺;需测量细管的直径 D和细管沉入水中的深度 H1,H2.
(2)实验步骤:①测出细管的直径D;②在细管中加入少量砂粒,将细管放入盛有水的容器中,平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H1;③增加细管中的砂粒,再将细管放入盛有水的容器中,平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H2.
(3)导出计算压强的公式.平衡时,细管(含砂粒)所受重力G管与所受浮力F浮相等,
即G管=F浮,又G管=p1S=,F浮=V1ρ水g=g;故得:p1=H1ρ水g
(4)同样可证p2=H2ρ水g;所以,说明水的内部压强与水深是成正比的.
分析:此题中,运用浮力和压力相等特点;结合浮力中的阿基米德原理,F浮=ρ水gV排,运用刻度尺测出直径和深度,得到V排,然后根据压强的定义式,再对所得信息整合后就可得到实验结论:液体压强与深度成正比.
点评:此题考查了设计实验的能力以及运用实验数据,结合浮力和压强知识,进行运算和公式的整合;可分析出实验结论.
故答案为:
(1)需要用的测量工具是直尺;需测量细管的直径 D和细管沉入水中的深度 H1,H2.
(2)实验步骤:①测出细管的直径D;②在细管中加入少量砂粒,将细管放入盛有水的容器中,平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H1;③增加细管中的砂粒,再将细管放入盛有水的容器中,平衡后用直尺测出细管沉入水中的深度H2.
(3)导出计算压强的公式.平衡时,细管(含砂粒)所受重力G管与所受浮力F浮相等,
即G管=F浮,又G管=p1S=,F浮=V1ρ水g=g;故得:p1=H1ρ水g
(4)同样可证p2=H2ρ水g;所以,说明水的内部压强与水深是成正比的.
分析:此题中,运用浮力和压力相等特点;结合浮力中的阿基米德原理,F浮=ρ水gV排,运用刻度尺测出直径和深度,得到V排,然后根据压强的定义式,再对所得信息整合后就可得到实验结论:液体压强与深度成正比.
点评:此题考查了设计实验的能力以及运用实验数据,结合浮力和压强知识,进行运算和公式的整合;可分析出实验结论.
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