Question

17．“帕斯卡裂桶實驗”的演示，激發了同學“探究影響液體壓強大小因素”的興趣．他們設計了如下圖所示的實驗探究方案，圖（a）、（b）、（d）中金屬盒在液體中的深度相同．實驗測得幾種情況下壓強計的U形管兩側液面高度差的大小關系是h₄＞h₁=h₂＞h₃．

（1）實驗中液體壓強的大小是通過比較壓強計U形管兩側液面的高度差來判斷的，這種方法通常稱為轉換法．
（2）由圖（a）和圖（c）兩次實驗數據比較可以得出：液體的壓強隨深度的增加而增大．
（3）由圖（a）和圖（d）兩次實驗數據比較可以得出：在不同液體的同一深度處，液體的密度越大，液體的壓強越大．
（4）根據圖上實驗還可以得出的結論有：同種液體，同深度，液體向各個方向的壓強相等．

Answer 1

分析 （1）在實驗中液體壓強的大小變化不易直接測量，可以尋找液體壓強的變化會引起哪些物理量發生變化，看能否通過形象直觀的變化來反應液體壓強的大小變化；
（2）根據公式P=ρgh，液體的壓強與液體的深度和密度都有關系，要想得出液體的壓強與深度的關系，分析時要采用控制變量法，弄清需要控制液體的密度相同，改變液體的深度，與圖（a）相比看哪幅圖中的物理量符合這兩個條件就選哪一組；
（3）分析圖（a）和圖（d）的兩次實驗數據，找出哪些量是相同的，哪些量是不同的，從而得出液體的壓強與液體密度的關系；
（4）據圖（a）、（b）可知，液體的密度和深度相同，橡皮膜的朝向不同，U型管液面的高度差相同，壓強相同，可得出的結論：同種液體，同深度，液體向各個方向的壓強相等．

解答 解：（1）在實驗中，有很多物理量難于用儀器、儀表直接測量，就可以根據物理量之間的定量關系和各種效應把不易測量的物理量轉化成易于測量的物理量進行測量，這種方法就叫轉換法；實驗中液體壓強的大小變化不易直接測量，液體壓強的變化會引起壓強計的探頭受到的壓力發生變化，從而導致壓強計探頭上的橡皮膜的形狀發生變化，進而引起壓強計U形管兩側液面的高度差發生變化，因此可以利用壓強計U形管兩側液面的高度差來判斷液體壓強的大小變化；
（2）由公式P=ρgh可知，液體的壓強與液體的深度和密度都有關系，要想得出液體的壓強與深度的關系，需要控制液體的密度相同，改變液體的深度，圖（c）中的液體密度與圖（a）相同，液體的深度與圖（a）不同，故應選擇圖（a）和圖（c）兩次實驗數據比較；
（3）分析圖（a）和圖（d）的兩次實驗數據，發現兩次實驗橡皮膜所處的深度相同，即液體的深度相同，而液體的密度卻不同，一杯是水，另一杯是濃鹽水，從而得出液體的壓強與液體密度的關系：在不同液體的同一深度處，液體的密度越大，液體的壓強越大；
（4）據圖（a）、（b）可知，液體的密度和深度相同，橡皮膜的朝向不同，U型管液面的高度差相同，壓強相同，可得出的結論：同種液體，同深度，液體向各個方向的壓強相等．
故答案為：（1）壓強計U形管兩側液面的高度差；（2）（c）；（3）在不同液體的同一深度處，液體的密度越大，液體的壓強越大；（4）同種液體，同深度，液體向各個方向的壓強相等．

點評 本題考查液體壓強的特點，涉及到兩種物理學方法：控制變量法和轉換法，解題時注意實驗過程的分析和實驗結論的表述都要采用控制變量法，領悟這兩種方法的真諦．