Question

9．李強是個善于觀察與思考的學生．
（1）他發現：家里洗菜池中裝滿水時，提起橡皮塞比較費力．說明：水對池底的橡皮塞有向下的壓強．圖甲實驗現象證明液體對容器側壁有壓強．圖乙中一個兩端扎有橡皮膜的長方體塑料小桶分別水平、豎直放入水中，橡皮膜都會向內陷現象進一步證明液體內向各個方向都有壓強．

（2）圖丙中，若將蒙上橡皮膜的空金屬盒放在液體里，U形管左右兩側液面就會產生高度差，高度差的大小反映了薄膜所受液體壓強大小．若想用此儀器探究液體內部壓強與深度的關系，如何進行實驗？
（3）李強同學利用微小壓強計探究出了在同種液體的同一深度，液體向各個方向的壓強相等，他想只要能夠計算出同一深度液體向下的壓強，則其它方向的壓強就可以知道了．于是他利用所學過的相關物理知識對液體內部壓強的計算公式進行了推導．請通過以下提示將這個公式推導出來．
如圖丁，設想在密度為ρ的液體中，液面下h處有一個水平放置的“平面”，平面上有一個長方體液柱，請推證液面下深度為h處液體壓強計算公式．
（4）李強同學又想到生活中很多物體在水中會受到浮力，他再次仔細觀察圖乙中的實驗現象，明白了浮力產生的原因是：浸在液體中的物體，其上、下表面受到液體對它的壓力不同，且向上的壓力大于向下的壓力，壓力差即為浮力．
（5）如圖戊所示的裝置，容器中間用隔板分成大小相同且互不相通的A，B兩部分，隔板下部有一圓孔用薄橡皮膜封閉．橡皮膜兩側壓強不相等時，會向壓強小的一側凸起．小可同學用該裝置做“探究液體壓強是否跟液體密度、液體深度有關”的實驗．請你針對該實驗裝置從實驗設計的合理性、實驗過程的可操作性、實驗結果的可靠性等方面寫出一條評估意見．

Answer 1

分析 （1）液體具有重力，所以對容器底部有壓強；液體具有流動性，所以對容器側壁有壓強；
（2）液體內部壓強可以通過觀察壓強計U形管兩邊液柱的高度差來比較大小，采用的是轉換法；
（3）同種液體深度相同時，液體向各個方向的壓強都相等；
（4）浮力就是物體上、下表面受到液體的壓力差；
（5）液體壓強跟液體的密度和深度有關，實驗中用到控制變量法；

解答 解：（1）由于液體受到重力作用，所以液體對容器底部有壓強；液體具有流動性，所以對容器側壁有壓強，圖甲實驗現象證明；液體對容器側壁有壓強；
圖乙中一個兩端扎有橡皮膜的長方體塑料小桶分別水平、豎直放入水中，橡皮膜都會向內陷，該現象進一步證明液體內向各個方向都有壓強．
（2）圖丙中，若將蒙上橡皮膜的空金屬盒放在液體里，U形管左右兩側液面就會產生高度差，高度差的大小反映了薄膜所受液體壓強大小；
要探究液體壓強與液體的深度的關系，必須控制液體密度相同，多次改變橡皮膜在同種液體中的深度，觀察并比較每次的深度及相應的U形管左右兩側液面的高度差．
（3）保持液體的密度、深度相同，兩玻璃管中液面高度差不變，說明了在液體內部同一深度處，液體向各個方向的壓強大小相等；
液面下深度為h處液體壓強為：p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{ρVg}{S}$=$\frac{ρShg}{S}$=ρhg．
（4）浸在液體中的物體，其上、下表面受到液體對它的壓力不同，且向上的壓力大于向下的壓力，壓力差即為浮力．
（5）小可同學用圖丁裝置做“探究液體壓強是否跟液體密度、液體深度有關”的實驗，由于透過容器壁觀察橡皮膜的形變程度，對不透明液體，不便觀察．
故答案為：
（1）液體對容器側壁有壓強；橡皮膜都會向內陷；
（2）液體壓強大小；多次改變橡皮膜在同種液體中的深度，觀察并比較每次的深度及相應的U形管左右兩側液面的高度差；
（3）相等；p=$\frac{F}{S}$=$\frac{G}{S}$=$\frac{mg}{S}$=$\frac{ρVg}{S}$=$\frac{ρShg}{S}$=ρhg；
（4）浸在液體中的物體，其上、下表面受到液體對它的壓力不同，且向上的壓力大于向下的壓力，壓力差即為浮力；
（5）由于透過容器壁觀察橡皮膜的形變程度，對不透明液體，不便觀察．

點評 此題主要考查的是學生對液體內部壓強規律的理解和掌握，注意控制變量法和轉換法的應用，認識和會用U形管壓強計，這是我們必須掌握的基本技能．