Question

14．小民同学利用如图所示的器材探究液体内部压强的特点．

（1）他向图甲中的U形管内注入适量的红墨水，当管内的红墨水静止时，U形管左右两侧液面的高度相同．
（2）小民同学将橡皮管的一端紧密地套在U形管左侧的端口，另一端紧密连接到压强探头上，结果发现U形管左右两侧液面如图乙所示，由此可判断封闭在橡皮管内的空气的压强大于当地的大气压．这时应该适当调节连接探头和U形管的橡皮管，直到U形管左右两侧液面相平后，才能用探头去探测液体产生的压强．若U形管左右两侧液面的高度差越大，说明液体在被探测处产生的压强越大．
（3）小民把压强计调好后，多次改变探头在水中的深度，并比较每次的深度及相应的U形管左右两侧液面的高度差．这是为了探究液体产生的压强与深度的关系．
（4）小民换用几种密度不同的液体探究液体压强与液体密度的关系，这时应保持探头在各种液体中的深度相同．若观察到U形管左右两侧液面的高度差较大，说明这种液体的密度较大（选填“较大”或“较小”）．
（5）若图丙中U形管左右两侧红墨水面的高度差h=20cm，则橡皮管内气体的压强与大气压之差约为2000Pa．（取ρ_红墨水=1.0×10³kg/m³，g=10N/kg）

Answer 1

分析 （1）U形管的实质是连通器，当连通器中的同种液体不流动时，两侧的液面保持相平；
（2）液体内部压强大小通过U形管两侧液面高度差的大小来反映，这是转换法；U形管两侧液面的高度差越大说明液体的压强越大；
（3）液体压强和液体的密度、深度有关，实验中采用控制变量法来设计实验；
（4）要探究液体内部压强与密度关系，应保持探头在不同液体中的深度相同；U形管左右两侧液面的高度差越大，液体内部的压强越大；
（5）根据p=ρgh求出液体产生的压强即为橡皮管内气体的压强与大气压之差．

解答 解：（1）图甲中的U形管相当于一连通器，液体不流动时，两侧的液面保持相平；
（2）观察图乙可知，U形管左侧液柱高度小于右侧液柱高度，说明封闭在橡皮管内的空气的压强大于当地的大气压；要适当调节连接探头和U形管的橡皮管，直到U形管左右两侧液面相平，才能够去测量液体产生的压强；压强计就是依据观察U形管中液面的高度差来反映液体内部压强大小的，U形管左右两侧液面的高度差越大，液体在被探测处产生的压强越大；
（3）实验中液体的密度不变，改变探头在水中的深度，研究的是液体内部压强与深度的关系；
（4）运用控制变量法，要探究液体压强与液体密度的关系，要保持探头在液体中的深度相同；压强计的探头放在不同液体中，所处深度相同，若观察到U形管左右两侧液面的高度差较大，说明该液体的密度较大；
（5）橡皮管内气体的压强与大气压之差：
p=ρgh=1×10³kg/m³×10N/kg×20×10^-2m=2000Pa．
故答案为：（1）相同；（2）大于；相平；越大；（3）深度；（4）深度；较大；（5）2000．

点评 了解压强计的原理与结构，学会用控制变量法进行实验和分析实验结论，是本实验中要求掌握的重点．明确了影响液体内部压强的因素，也就不难判断U形管的粗细是不会影响实验结果的．