初中滬科版（2024）第二節(jié) 探究：液體壓強與哪些因素有關(guān)課堂教學(xué)ppt課件

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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(yè)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(jié)我們學(xué)習(xí)與這些問題相關(guān)的內(nèi)容。
第二節(jié) 探究液體壓強與哪些因素有關(guān)
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(dāng)?shù)谷胨?，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(jié)論：水對容器的底部有向下的壓強.
②實驗二：把橡皮膜扎在側(cè)壁開口的玻璃管的一端，橡皮膜表面原來與筒口相平，當(dāng)?shù)谷胨?，橡皮膜會向下凸出。橡皮膜向?cè)壁凸出，表明水對側(cè)壁有向外的壓強。結(jié)論：水對容器側(cè)壁有壓強.
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(cè)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(nèi)部有向下的壓強；水從容器側(cè)壁的孔中噴出，說明液體對側(cè)面有壓強；容器上表面有水向上噴出，說明水內(nèi)部也有向上的壓強。結(jié)論：水內(nèi)部也有向上的壓強.
④實驗四： 如圖所示，將底部和側(cè)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(cè)壁的橡皮膜向瓶內(nèi)凹。結(jié)論：水內(nèi)部向各個方向都有壓強.
（1）液體受到重力，對容器底部有壓力，所以會產(chǎn)生壓強；（2）液體具有流動性，所以對容器側(cè)壁有壓強。
2. 探究結(jié)論：液體內(nèi)部向各個方向都有壓強。
3. 液體產(chǎn)生壓強的原因
實驗：探究液體壓強與哪些因素有關(guān)
二、實驗：探究液體壓強與哪些因素有關(guān)
從前面實驗可知，液體壓強可能與液體深度有關(guān)。除此以外，是否還與液體的密度有關(guān)？你還能想出可能與哪些因素有關(guān)？下面進行實驗探究。【實驗?zāi)康摹浚?）探究液體壓強與哪些因素有關(guān)。（2）學(xué)習(xí)使用U形管壓強計測量液體壓強?！緦嶒炂鞑摹縐形管壓強計、盛水容器。
1. 實驗：探究液體壓強與哪些因素有關(guān)
（1）作用：測量液體內(nèi)部壓強。（2）構(gòu)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(gòu)成）三部分組成。
探頭：是一塑料盒，表面上扎有橡皮膜，其內(nèi)部通過一橡皮管與U形玻璃管的一端相連.
（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(fā)生形變，U形管左右兩側(cè)液面就會產(chǎn)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(xué)方法中的轉(zhuǎn)換法。
（4）壓強計的使用①檢查是否漏氣：實驗前應(yīng)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(cè)液面的高度差是否發(fā)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(dāng)壓強計的橡皮膜沒有受到壓強時，U形管中的液面應(yīng)該是相平的，若不相平，應(yīng)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。
【實驗設(shè)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(jù)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(guān)。
（2）探究液體壓強與方向的關(guān)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(guān)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(guān)系控制探頭深度和方向均相同，換用不同的液體。
【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(xiàn)象：U形管液面的高度差Δh相等。
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(xiàn)象：U形管液面高度差Δh1＜Δh2＜Δh3
液體相同、探頭在水中的方向相同
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(xiàn)象：U形管液面的高度差Δh水＜Δh硫酸銅
【分析論證】（1）由操作1可得出：在液體內(nèi)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(nèi)部的壓強隨深度的增加而增大。（3）由操作3可得出：液體內(nèi)部的壓強跟液體密度有關(guān)。深度相同時，密度越大，液體內(nèi)部的壓強越大。
【實驗結(jié)論】 大量實驗表明：
【交流討論】（1）探究中用到的方法 ①轉(zhuǎn)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(nèi)部的壓強與方向的關(guān)系；探究液體內(nèi)部壓強與深度的關(guān)系；探究液體內(nèi)部壓強與液體密度的關(guān)系。（2）壓強計只能比較壓強的大小，不能測量壓強的大小。
（3）探究液體的壓強與液體質(zhì)量的關(guān)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(zhì)量的水，觀察橡皮膜向外凸出的情況?！緦嶒灛F(xiàn)象】橡皮膜凸出的程度不同，細塑料瓶橡皮膜凸起得更大些。
視頻講解——《探究液體內(nèi)部的壓強》
2. 與液體壓強有關(guān)的現(xiàn)象
③“蛟龍”號潛水器下潛深度最大為7062m
①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.
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。
【例題1】如圖所示是用壓強計“研究液體內(nèi)部的壓強”的實驗裝置。（1）使用壓強計前，發(fā)現(xiàn)U形管左右兩側(cè)的水面有一定高度差，如圖甲，其調(diào)節(jié)的方法是____（選填“A”或“B”），使U形管左右兩側(cè)的水面相平；A．將右側(cè)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(guān)。比較圖中_______兩圖，可以得液體的壓強與液體密度有關(guān)。
（1）進行調(diào)節(jié)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(dāng)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(guān)。要探究液體的壓強與液體密度的關(guān)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。
（1）研究方法——“理論推導(dǎo)法”要想得到液面下某處的壓強，可以設(shè)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(guān)鍵。計算這段液柱對“平面”產(chǎn)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(dǎo)法”。是物理學(xué)中一種重要的研究方法.
3. 推導(dǎo)液體壓強公式
這個液柱體的體積：V=Sh這個液柱的質(zhì)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
設(shè)想在密度為ρ的液面下有一高度為h、截面積為S的液柱。
（2）進一步理解 p=ρgh
①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(shù)，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。
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。
A點的深度為_____cm
③影響液體壓強大小的因素 根據(jù)p=ρgh可知：液體內(nèi)部壓強只跟液體密度和深度有關(guān)；與液體的質(zhì)量、體積、重力、容器的底面積、容器形狀均無關(guān)。
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(chǎn)生的壓強大？大盆里水的重力大；暖壺里的水產(chǎn)生的壓強大。
（3）帕斯卡破桶實驗帕斯卡在1648年，曾經(jīng)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(jié)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(xiàn)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(chǎn)生很大的壓強。這個壓強就對桶壁在各個方向產(chǎn)生很大的壓力，把桶壓裂了。
視頻觀賞——《模擬帕斯卡破桶實驗》
【例題1】有人說，“設(shè)想你在7 km深的蛟龍?zhí)枬撍髦邪岩恢荒_伸到外面的水里，海水對你腳背壓力的大小相當(dāng)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。
因為是估算，海水密度取1.0×103 kg/m3，g取10 N/kg，則7 km深處海水的壓強為： p＝ρgh＝1.0×103 kg/m3×10 N/kg×7×103 m＝7×107 Pa 腳背的面積近似取 S= 10cm×13cm= 130cm2= 1.3×10-2m2腳背受的壓力F=ps=7×107 Pa×1.3×10-2m2=9.1×105 N一個成年人的質(zhì)量約為60 kg，所受重力 G=mg=60 kg×10 N/kg=600N 假設(shè)腳背所受壓力的大小相當(dāng)于n個成年人所受重力 n= 9.1×105 N/600N =1500（個）估算結(jié)果表明，在深7 km的海底，水對腳背的壓力確實相當(dāng)于1500個人的重力。
與液體壓強相關(guān)的應(yīng)用實例
三、與液體壓強相關(guān)的應(yīng)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(guān)。
（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(dāng)在連通器中注入水后，就可以研究連通器的特點。
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(fā)現(xiàn)在連通器中加水，當(dāng)水靜止時，兩筒中水面總是相平。
②連通器的特點靜止在連通器內(nèi)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。
為什么連通器內(nèi)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(shè)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。
液體靜止，液片AB處于平衡狀態(tài)
水平方向，液片受力平衡 F左=F右
液片兩側(cè)壓強相等，即 p左=p右
得出h左=h右，液片兩側(cè)液柱高度相等
②連通器液面相平原理
茶壺的結(jié)構(gòu)是上端開口，下部連通，構(gòu)成一個連通器，因此是利用連通器特點工作的。根據(jù)同種液體，在液體不流動時連通器內(nèi)各容器的液面總是保持相平可知，當(dāng)壺內(nèi)盛滿水，從水面茶嘴位置就可以倒出來了。
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(gòu)成一個連通器，當(dāng)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。
U形管存水彎頭是一個連通器，正常使用時應(yīng)充滿水，阻礙下水道內(nèi)的臭味從下水管進入洗手間內(nèi)，如圖所示。
儲水槽與飲水槽構(gòu)成連通器，水位不相平時水就能流動，使水槽內(nèi)始終有水，如圖所示。
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(dāng)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(guān)閉閥門，使水停止流入水槽。
水塔和自來水管道構(gòu)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。
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(fā)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(cè)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。
①當(dāng)輪船從下游駛向上游時，閥門A打開，閘室與下游構(gòu)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?cè)腴l室。
②船只駛?cè)腴l室后，下游A閥門、A閘門關(guān)閉。上游閥門B打開，此時閘室與上游構(gòu)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。
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(guī)模舉世無雙，是世界上最大的船閘。
【例題1】如圖所示，U形管一側(cè)盛有煤油，另一側(cè)盛有水（ρ煤油