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第2節(jié) 液體的壓強(qiáng)
1.通過探究液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)，了解液體壓強(qiáng)與深度和液體密度的關(guān)系，并能熟練應(yīng)用液體壓強(qiáng)公式進(jìn)行簡單計算。能解釋與液體壓強(qiáng)相關(guān)的現(xiàn)象，了解連通器的特點，并能列舉常見連通器的實例。
2.通過演繹推理得出液體壓強(qiáng)的公式，能用理論解釋連通器中液面高度相同的原因，培養(yǎng)邏輯思維和問題解決能力。
3.在探究液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)的實驗中，正確使用控制變量的方法和轉(zhuǎn)換法設(shè)計實驗、收集證據(jù)，并對實驗過程中的問題進(jìn)行評估和反思，最終得出科學(xué)結(jié)論，培養(yǎng)科學(xué)探究能力。
4.通過了解三峽船閘的工作過程以及我國深海探測的科學(xué)技術(shù)成就，增強(qiáng)民族自豪感和社會責(zé)任感，激發(fā)對科學(xué)的熱愛，樹立科技強(qiáng)國的遠(yuǎn)大理想，增強(qiáng)實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的使命擔(dān)當(dāng)。
教學(xué)目標(biāo)
把裝在塑料盒中的長方形方形冰塊放在電冰箱內(nèi)部的托板上，冰塊的四個側(cè)面不會擠壓塑料盒，只是對塑料盒的底部有向下的壓力。
問題
冰塊熔化成水后，體積變小。如果塑料盒底部有小孔，那么，會有水從底部流出；如果塑料盒水面以下的側(cè)壁有小孔，那么，會有水從側(cè)壁流出。
這說明液體壓強(qiáng)具有跟固體壓強(qiáng)不同的特點。
你知道液體壓強(qiáng)有哪些特點嗎
液體壓強(qiáng)的特點
如右圖所示，液體能從容器側(cè)壁的孔中噴出，說明液體對側(cè)壁有壓強(qiáng);
噴泉中的水柱能向上噴出，說明液體內(nèi)部向上也有壓強(qiáng)。
由于液體具有流動性，液體內(nèi)向各個方向都有壓強(qiáng)。
液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小有什么特點呢
由下圖的實驗可以看到，隨著液體的噴出，容器中液面的高度逐漸下降，從容器側(cè)壁孔中噴出的液體射得越來越近。
由此我們可以想到，液體壓強(qiáng)的大小可能與 有關(guān);
深度
同樣的兩個容器，分別裝滿水和酒精，水比酒精重，所以水比酒精對容器底部的壓強(qiáng)更大。
由此我們可以，想到液體壓強(qiáng)的大小可能與 有關(guān)。
液體的密度
水
酒精
右圖是測量液體內(nèi)部壓強(qiáng)的儀器。它的探頭是由空金屬盒蒙上橡皮膜構(gòu)成的。如果液體內(nèi)部存在壓強(qiáng)，放在液體里的橡皮膜就會發(fā)生形變，U形管左右兩側(cè)的液面就會產(chǎn)生高度差，高度差的大小反映了橡皮膜所受壓強(qiáng)的大小。
下面我們通過實驗研究液體的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)。
橡皮膜
實驗——探究液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)
實驗思路
改變探頭的深度，就能探究液體壓強(qiáng)與深度的關(guān)系；
可以用液體壓強(qiáng)計（又叫微小壓強(qiáng)計）探究液體的壓強(qiáng)。
改變探頭的方向，就能探究液體內(nèi)部各個方向的壓強(qiáng);
把探頭放在其他液體中，就能探究液體壓強(qiáng)與液體密度的關(guān)系。
丙
1.把探頭放進(jìn)盛水的容器中，看看水內(nèi)部是否存在壓強(qiáng)。
實驗過程
保持探頭在水中的深度不變，改變探頭的方向，看看同一深度各個方向的壓強(qiáng)是否相等(右圖)。
未放水中
放水中后
2.增大探頭在水中的深度，看看水內(nèi)部的壓強(qiáng)與深度有什么關(guān)系。
丙
3.換用密度不同的液體(如酒精、鹽水等)，看看在深度相同時，液體內(nèi)部的壓強(qiáng)是否與液體的密度有關(guān)。
酒精
水
鹽水
實驗結(jié)論
密度越大，壓強(qiáng) 。
液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小具有這樣的特點:
在液體內(nèi)部的同一深度，向各個方向的壓強(qiáng) ;
都相等
深度越大，壓強(qiáng) ;
越大
液體內(nèi)部壓強(qiáng)的大小還與液體的 有關(guān)，
密度
在深度相同時，液體的
越大
設(shè)液柱的高度為h、平面的面積為S，則這個平面上方的液柱對平
面的壓力
液體壓強(qiáng)的大小
下面我們來研究容器中液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與液體的深度、液體的密度之間的定量關(guān)系。
要想得到液面下某處的壓強(qiáng)，可以設(shè)想這里有一個水平放置的“平面”。
這個平面上方的液體組成了一個豎直液柱，該液柱對平面的壓力等于液柱所受的重力。
因此，液面下深度為h處液體的壓強(qiáng)為p=ρgh
F=G
=mg
=ρV g
=ρShg
平面受到的壓強(qiáng)
=ρhg
人們在水中活動要承受一定的壓強(qiáng)。背著氣瓶的潛水員在淺海中可以長時間地停留;
若在較深的海水中工作，潛水員就要穿抗壓潛水服了，這是由于海水的壓強(qiáng)隨著深度的增加而增大，人體此時已無法承受海水的壓強(qiáng)。
方法點撥
我們通過液柱對平面的壓力等于液柱所受的重力，再根據(jù)壓強(qiáng)的定義，推導(dǎo)出了液體壓強(qiáng)的公式。這里從一般性的結(jié)論推出個別性的結(jié)論，這是一種演繹推理的方法。
2023年我國的“奮斗者”號全海深載人潛水器四次下潛深度超過萬米，圓滿完成國際首次環(huán)大洋洲載人深潛科考任務(wù)。
如果要潛入更深的海底，抗壓潛水服也無能為力，需要專門的潛水器，以抵抗巨大的水壓。潛艇就是一種潛水器，它的下潛深度是一個非常重要的指標(biāo)。1988年，我國第一代核潛艇在總設(shè)計師黃旭華的指揮下，下潛到300m深。
=6x102N
例題
有人說，設(shè)想你在萬米深的“奮斗者”號全海深載人潛水器中把一腳伸到外面的海水里，海水對你腳背的壓力相當(dāng)于2000個人所受的重力!海水的壓力果真有這么大嗎 請通過估算加以說明。
解：
因為是估算，海水的密度可以取ρ=1x 103kg/m3,g取10 N/kg。
腳背寬度取8~10cm，腳背長度取12~15cm，則腳背面積為
96~150cm2,近似取S=120 cm2=1.2x102 m2。
萬米深處海水的壓強(qiáng)
p=ρgh
=1x 103kg/m3x10 N/kg x104 m
=108Pa
腳背所受的壓力
F=pS
=108Pax1.2x102 m2
=1.2x106N
一個成年人的質(zhì)量約為60kg，所受的重力
G=mg
=60kg x10N/kg
估算結(jié)果表明，在萬米深的海底，海水對腳背的壓力確實相當(dāng)于2000個人所受的重力。
假設(shè)腳背所受的壓力相當(dāng)于n個成年人所受的重力，則
n=
=2000
利用公式p=ρgh計算的時候,密度ρ的單位要用kg/m3，深度h的單位要用m，計算出的壓強(qiáng)p的單位才是Pa。
溫馨提示
連通器
上端開口、下端連通的容器叫作連通器，如右圖所示。
如果連通器內(nèi)裝有相同的液體，液體不流動時，連通器各部分容器中液面的高度總是相同的。
這是為什么呢？
設(shè)液體密度為ρ、液片面積為S、連通器兩側(cè)液面的高度分別為h1和h2，則
如右圖所示，想象在連通器底部液體中有一個豎直方向的很薄的液片，我們把它作為研究對象。
F1
F2
液片兩側(cè)受到的壓力分別是F1和F2，液片靜止時，由二力平衡可知F1=F2。
ρgh1S=ρgh2S,由此可得 。
這表明當(dāng)液體不流動時，連通器各部分容器中液面的高度總是 的。
h1=h
相同
下面幾個圖是生活中常見的連通器，它們各有什么功能 想一想，它們是怎樣利用連通器的特點來實現(xiàn)自己的功能的
想想議議
茶壺
下水道的存水彎
過路涵洞
乳牛自動供水器
壺嘴與壺身構(gòu)成連通器
下水道左右豎管通過水平管構(gòu)成連通器
左右水溝通過路面下水平管構(gòu)成連通器
供水槽與飲水槽通過底部水平管構(gòu)成連通器
水位計外管與鍋爐爐身通過水平管構(gòu)成連通器
我國三峽工程是舉世矚目的跨世紀(jì)工程。三峽大壩上、下游的水位差最大可達(dá)113m。巨大的落差有利于生產(chǎn)可觀的電力，但也帶來了航運(yùn)方面的問題:下游的船只駛往上游，怎樣把這些船只舉高一百多米 上游的船只駛往下游，又怎樣讓船只徐徐降落一百多米 解決這類問題的途徑是修建船閘(圖9.2-8)。
科學(xué)世界
三峽船閘-世界上最大的人造連通器
三峽船閘
船閘由閘室和上游閘門、下游閘門以及上游閥門、下游閥門組成。
左面四幅圖描述了一艘輪船由上游通過船閘駛往下游的情況。
船閘工作原理動態(tài)圖
三峽船閘的主體結(jié)構(gòu)段全長1621m，是世界上最大的船閘。船只在船閘中要經(jīng)過5個閘室使船體逐次降低(或升高)。每個閘室水位變化超過20m，因而三峽船閘的閘門非常高大。三峽船閘的首級人字閘門每扇門高近40m，寬近20 m，如果平放在地面上，有兩個籃球場大。倘若水壓在閘門上，即使有10萬人每人都用1000N的力來頂著門，也抵擋不住水的壓力，可見水對閘門的壓力之大。為此，三峽船閘的閘門足足有3m厚，不愧是“天下第一門”。
1.一個空的藥瓶，瓶口扎上橡皮膜，豎直地浸沒在水中，一次瓶口朝上，另一次瓶口朝下，這兩次藥瓶在水里的位置相同(圖9.2-10)。為什么每次橡皮膜都向內(nèi)凹 哪一次凹進(jìn)得更多 為什么
練習(xí)與應(yīng)用
液體內(nèi)部各個方向都有壓強(qiáng)。第一次橡皮膜受到水向下的壓強(qiáng)，第二次橡皮膜受到水向上的壓強(qiáng)，所以每次橡皮膜都向內(nèi)凹。
液體密度一定時，液體壓強(qiáng)隨深度增加而增大，因此第二次凹進(jìn)得更多。
(1)在容器的左右兩部分分別裝入不同深度的水。
2.如右圖所示，容器中間用隔板分成左右兩部分，隔板下部用薄橡皮膜一個圓孔，橡皮膜兩側(cè)壓強(qiáng)不同時橡皮膜的形狀發(fā)生改變。它可以用來做“探究液體壓強(qiáng)是否與深度、液體密度有關(guān)”的實驗。
(1)若要檢驗“在同種液體中液體壓強(qiáng)與深度有關(guān)，應(yīng)該怎樣實驗 說出實驗步驟和會看到的現(xiàn)象。
(2)若要檢驗“在深度相同時液體壓強(qiáng)與液體密度有關(guān)，應(yīng)該怎樣實驗 說出實驗步驟和會看到的現(xiàn)象。
會看到橡皮膜凹向深度小的一側(cè)。
(2)在容器的左右兩部分分別裝入相同深度的不同液體。
會看到橡皮膜凹向密度小的一側(cè)。
水
酒精
3.工程師為什么要把攔河壩設(shè)計成下寬上窄的形狀 三峽水電站的水庫大壩高185m，當(dāng)水庫水深為175m時，壩底受到的水的壓強(qiáng)是多少 g取10N/kg。
液體密度一定時，液體內(nèi)部壓強(qiáng)隨深度的增加而增大。隨著水深度的增加，攔河壩受到水的壓強(qiáng)增大，根據(jù)F=pS，在越深的位置，大壩相同面積上受到水的壓力越大，在越淺的位置，大壩相同面積上受到水的壓力越小。因此在越深的地方，大壩修建得越寬(厚)，在越淺的地方，可以修建得相對窄(薄)一些。攔河壩設(shè)計成下寬上窄的形狀，既可以增加大壩的抗壓能力，又可以節(jié)省建筑材料。
p=ρgh
壩底受到水的壓強(qiáng)
壩底受到水的壓強(qiáng)
= 1.0 x 103 kg/m3x 10 N/kg x175 m
=1.75x 106Pa。
4.右圖中的兩個容器盛有同種相同質(zhì)量的液體，哪個容器底受到的壓強(qiáng)大
根據(jù)p=ρgh，由于兩個容器中所盛的液體密度相同，右邊容器中液體的深度大，所以右邊容器底受到的壓強(qiáng)大。
5.某衛(wèi)生間的地漏結(jié)構(gòu)的剖面圖如圖9.2-13所示，請你分析地漏存水杯是如何防止異味的。
這種地漏的結(jié)構(gòu)是將一個“扣碗”倒扣在存水杯上，將存水杯分成內(nèi)圈、外圈兩部分，它們構(gòu)成連通器。
使用時，地面上的水可以從“扣碗”上面的小孔進(jìn)入到存水杯。當(dāng)存水杯中的水滿后，內(nèi)圈、外圈兩部分水面相平，再從小孔進(jìn)來的水就會從下水管流出，而下水管中的異味則不能通過地漏進(jìn)入室內(nèi)，從而達(dá)到密封的效果。
6.要在墻上掛一個大畫框，怎樣保證下邊框水平 某同學(xué)用水和一根透明塑料管就解決了這個問題。請你說說應(yīng)該怎樣操作。
利用連通器的特點，在透明塑料管內(nèi)裝適量水。
先將塑料管左端的水面對準(zhǔn)畫框下邊框的左端，
再移動塑料管右端到畫框右端，
然后調(diào)整畫框，使畫框下邊框的右端對準(zhǔn)塑料管右端的水面，
此時畫框下邊框就是水平的。
下課
Thanks!
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