初中物理探究液体压强的特点实验实验题

2020年11月10日，"奋斗者"号在马里亚纳海沟成功坐底，创造了 的中国载人深潜新纪录，标志着我国在载人深潜领域达到世界领先水平。这激发了小杨同学探究液体内部压强的兴趣，实验如图所示。

（1）图甲是 形管压强计，金属盒上的橡皮膜应该选用 　　（选填"薄"或"厚" 一些的较好，从结构来看，压强计 　　（选填"是"或"不是" 连通器。

（2）比较乙、丙两次实验可知：同种液体内部压强随深度的增加而 　　；比较乙、丁两次实验可初步判断：液体内部压强与液体密度 　　（选填"有关"或"无关" 。

（3）根据液体内部压强的规律可知，"奋斗者"号深潜到 时每平方米的舱体受到的海水压力为 　　 （取 ，相当于质量为 　　 的物体受到的重力。

（4）若图丁的实验中 形管左右两侧水面的高度差为 ，则橡皮管内气体的压强与管外大气压之差为 　　 ；在图乙的实验中，保持金属盒位置不变，在容器中加入适量清水与其均匀混合后（液体不溢出），橡皮膜受到的液体压强将 　　（选填"变大""变小"或"无法判断" 。

如图所示，用微小压强计探究液体内部压强的特点。甲、乙、丙三个烧杯中盛有不同密度的盐水，甲图中盐水的密度与丁图相同。探头在液体中的深度甲与乙相同，丙与丁相同。

（1）为使实验现象更明显，压强计 形管中的液体最好用 　　（选填"水"或"水银" ；

（2）要探究液体压强与深度的关系，应选 　　两图；

（3）四个烧杯中，盐水密度最大的是 　　图。

某物理小组在"研究液体内部的压强"实验时，想知道液体对容器底部的压强增加量△ $p_{液}$ 及容器对水平面的压强增加量△ $p_{容}$ 与哪些因素有关，他们选取了体积相同、密度不同的若干小球放入水中（水深大于小球直径，且水不溢出），如图所示，测出水对容器底部的压强增加量△ $p_{液}$ 及容器对水平面的压强增加量△ $p_{容}$ ，得到的实验数据如表中实验序号 $1-5$ 所示。

液体分类	水     $\left({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$					未知液体     $\left({\rho }_{液}\right)$
实验序号	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
${\rho }_{球}\left(\times {10}^3\mathit{kg}/m^3\right)$	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4	0.6	0.8	1.0	1.2	1.4
△     $p_{水}$ （帕     $)$	294	392	490	490	490	294	392	490	539	539
△     $p_{容}$ （帕     $)$	294	392	490	588	686	294	392	490	588	686

（1）本实验设计所用到的实验方法是下列中的 　　。

A．	$A.$ 控制变量法
B．	$B.$ 转换法
C．	$C.$ 等效替代法
D．	$D.$ 理想模型法

（2）分析比较表中实验序号 $1-5$ 中的数据及相关条件可知：当 ${\rho }_{球}$ 　　 ${\rho }_{水}$ （选填" $>$ "、" $<$ "、" $=$ "、" $⩾$ "、" $⩽$ " $)$ 时，△ $p_{液}=$ △ $p_{容}$ 。

（3）分析比较表中实验序号 $1-5$ 中的数据及相关条件可知：△ $p_{液}$ 与 ${\rho }_{球}$ 　　（选填"成正比"、"成反比"或"无关" $)$ 。

（4）他们仅改变液体种类，利用上述实验器材重复了实验，得到数据如表中实验序号 $6-10$ 所示。据此可知该液体的密度 ${\rho }_{液}=$ 　　 $\mathit{kg}/m^3$ 。

小明为探究"影响液体内部压强的因素"，进行了如下实验：

（1）如图甲，小明用手指轻按金属盒上的橡皮膜，如果发现 $U$ 形管两侧液面发生灵活变化，说明该压强计 　　（选填"漏气"或"不漏气" $)$ 。

（2）将压强计金属盒的橡皮膜朝上逐渐浸入水中某一深度处，如图乙，则压强计显示的是橡皮膜 　　（选填"各个方向"、"上方"或"下方" $)$ 的水对它的压强。

（3）由乙、丙两图可知：深度相同时，液体的密度 　　，压强越大。

小薇同学制作了如图1所示的探头进行了液体压强和浮力的综合探究。

（1）紧密蒙在探头下端的橡皮膜，形变程度越大，说明它所受的液体压强越　　；

（2）实验时的情形如图2所示，比较甲图和　　图，可以初步得出结论：在同种液体中，液体内部压强随深度的增加而增大；

（3）比较图甲图和丙图，可以初步得出结论：液体内部压强与液体　　有关；

（4）小薇同学用弹簧测力计挂着此探头继续探究：

①向溢水杯中注水，直到溢水口水流出时停止加水，最后溢水杯中的水面恰好与溢水口　　；

②用细线悬挂在弹簧测力计下的探头刚好浸没，如图丁所示，此时弹簧测力计的示数为　　 $N$，溢出的水全部流入小量筒中，排开水的体积为　　 $\mathit{mL}$，此时探头所受的浮力为　　 $N$；

③探头从丁图位置不断缓慢往下放（细线足够长，实验过程中橡皮膜没有破裂），排开水的质量　　（选填“变大”“变小”或“不变” $)$，弹簧测力计的示数会　　（选填字母）。

$A$．一直变大 $B$．先不变后变小 $C$．先变大后变小 $D$．先变小后变大

某兴趣小组用如图所示装置进行探究“影响液体内部压强的因素”实验。

已知：① $a$、 $b$两点压强等于外界大气压（大气压保持不变）；② $a$点压强等于 $a$点上方液柱压强与左管内气压 $P_1$之和；③ $b$点压强等于 $b$点上方液柱压强与右管内气压 $P_2$之和；④液体1和液体2密度不同。该小组同学先关闭 $K_2$打开 $K$和 $K_1$，用抽气机抽气，进行多次实验。再关闭 $K_1$打开 $K$和 $K_2$，重复上述操作，具体数据记录如表：

液体种类	液体1			液体种类	液体2
实验次数	第一次	第二次	第三次	实验次数	第四次	第五次	第六次
液柱高度 $(h_1/\mathit{cm})$	10	20	30	液柱高度 $(h_2/\mathit{cm})$	10	20	30
左管内气体压强 $(P_1/$千帕）	99	97	95	右管内气体压强 $(P_2/$千帕）	100	99	98

（1）以下研究过程所用到的方法与本实验中所用的方法明显不同的是　

$A$．研究磁极间的相互作用规律

$B$．研究压力的作用效果与受力面积大小的关系

$C$．研究滑动摩擦力大小与接触面积粗糙程度的关系

$D$．研究物体重力势能大小与物体被举高高度的关系

（2）通过比较第一次和第四次所测得的数据，可以研究　　。

（3）通过比较第四、第五、第六三次测得的数据，可以得出的结论是　　。

（4）探究液体压强与密度关系时，为了使结论更具普遍性，该小组同学还应如何继续实验（请写出实验思路，不需写具体步骤）　　。

在“研究影响液体内部压强”的实验中：

（1）压强计是通过观察 $U$形管的两端液面的　　来显示橡皮膜所受压强大小。

（2）比较图甲和图乙，可以初步得出结论：在同种液体中，液体内部压强随液体　　的增加而增大。

（3）如果我们要讨论液体内部压强是否与液体密度有关，应选择　　进行比较。

（4）已知乙图中 $U$形管左侧液柱高为 $4\mathit{cm}$，右侧液柱高为 $10\mathit{cm}$，则 $U$形管底部受到的液体的压强为　　 $\mathit{Pa}({\rho }_{水}=1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$

小敏同学利用如图装置探究“液体内部压强的特点”（乙和丙容器中装的是同种液体）。

（1）实验中，首先必须检查压强计能否正常使用，若用手指不论轻压还是重压探头的橡皮膜时，发现 $U$形管两边液柱的高度差变化都很小，则说明该压强计的气密性　　（选填“好”或“差” $)$；调节好压强计后， $U$形管两边液面相平。

（2）小敏把探头分别浸入到图甲、乙图中的两种液体（分别是水或者酒精）中，发现图甲中 $U$形管两边液柱的高度差比图乙的小，由此可以得出结论液体内部的压强跟液体的密度有关，他的结论是　　的（选填“正确”或“错误” $)$；　　（如果他的结论正确，此空填写“甲”中溶液是水还是酒精；如果他的结论错误，请填写错误原因）。接着他改变图乙中探头的深度，其探究情况如图丙所示。

（3）比较图　　，得出探头浸入液体中的深度越深， $U$形管两边液柱的高度差就越大，表示液体在此处的压强就越大。

（4）小敏还发现在同种液体中，探头所处深度相同时，只改变探头的方向， $U$形管两边液柱的高度差不变，表明　　。

小聪学习了固体压强后，爱动脑筋的他想探究液体内部是否有压强，液体内部压强究竟有哪些特点，小聪进行了大胆猜想：

猜想1：液体内部可能有压强

猜想2：液体内部的压强大小可能与方向有关

猜想3：液体内部的压强大小可能与液体深度有关

猜想4：液体内部的压强大小可能与液体的密度有关

$\dots$

为了验证以上猜想是否正确，小聪在老师的帮助下找来了一些实验器材，设计并完成了实验探究。请你完成下列问题：（1）实验前，要通过调试，使压强计 $U$形管两边的液面　　，小聪在调试时发现，用手指不论是轻压还是重压探头的橡皮膜时， $U$形管两边液面几乎没有变化。如图所示，说明该压强计　　（选填“漏气”或“不漏气” $)$。（2）为了验证猜想1，小聪把探头放入水中，再观察压强计 $U$形管两边液面是否有　　来判断探头处是否受到水的压强。

（3）在验证其余猜想的过程中，小聪收集到如下表中的数据，根据表中的数据：

序号	液体	深度 $ℎ\left(\mathit{mm}\right)$	压强计
			橡皮膜方向	液面高度差 $\left(\mathit{mm}\right)$
1	水	20.0	朝上	18.5
2			朝下	18.5
3			朝左	18.5
4			朝右	18.5
5		40.0	朝上	36.8
6		60.0	朝上	54.6
7	酒精	60.0	朝上	43.5

①比较序号1、2、3、4的数据，可得出的结论是　　。

②为了验证猜想3，小聪完成的实验操作应该是表中序号为　　的实验。

③比较序号6、7两组数据，可得出液体的压强与液体　　有关。

（4）小聪在实验中主要用到的研究方法有转换法和　　法。

如图是用压强计“探究影响液体内部压强大小的因素”的实验装置。

（1）压强计上的 $U$形管　       　（选填“属于”或“不属于”）连通器。

（2）在使用压强计前，发现 $U$形管左右两侧的水面有一定的高度差，如图甲，其调节的方法是　      　（选填“ $A$”或“ $B$”），使 $U$形管左右两侧的水面相平。

$A$．将右侧支管中高出的水倒出    $B$．取下软管重新安装

（3）比较图乙和图丙，可以得到；液体的压强与　       　有关。

（4）比较　      　两图，可以得液体的压强与液体密度有关。

（5）已知图丁中 $U$形管左右两侧水面的高度差 $h=10\mathit{cm}$，则橡皮管内气体的压强与大气压强之差为　   　 $\mathit{Pa}$． $({\rho }_{水}=1.0\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， ${\rho }_{\mathit{盐水}}=1.1\times {10}^3\mathit{kg}/m^3$， $g=10N/\mathit{kg})$。

小明用微小压强计探究“液体内部压强的特点”时的实验情形，如图所示。

（1）小明安装好实验仪器后，发现 $U$形管两侧的液面不相平，如图 $A$所示，实验前需要将 $U$形管两侧液面调整相平，方法是　       　。

（2）小明调整好仪器，将探头放入水中同一深度并多次调整探头方向，如图 $B$、 $C$、 $D$所示，其探究的问题是　                        　。

（3）根据 $D$、 $E$两个图中的现象可以看出：　                   　。

探究液体内部压强的特点。

（1）用压强计和盛有水的容器进行实验，情形如图甲所示。比较 $A$、 $B$可知：在液体内部的同一深度，向　            　的压强都相等；比较 $A$、 $C$可知：液体内部压强的大小跟　           　有关。

（2）用如图乙所示的容器也可以探究液体内部的压强。容器中间用隔板分成互不相通的左右两部分，隔板上有一圆孔用薄橡皮膜封闭，橡皮膜两侧压强不同时其形状发生改变。用此容器进行的两次实验，情形如图丙的 $D$、 $E$所示。由此可推断： $a$、 $b$两种液体密度的大小关系是 ${\rho }_a$　    　 ${\rho }_b$， $a$、 $c$两种液体密度的大小关系是 ${\rho }_a$　      　 ${\rho }_c$。

小涵同学利用如图所示的器材探究“液体内部压强的特点”

（1）压强计　        　（选填“属于”或“不属于”）连通器；

（2）当压强计的金属盒在空气中时， $U$形管两边的液面应当相平，而她所观察到如图甲所示的情景，调节的方法是　          　（选填“ $A$”或“ $B$”）

$A$．将此时右边支管中高出的液体倒出 $B$．取下软管重新安装

（3）调好后，将探头放入水中，并多次改变探头在水中的深度如图乙所示，同时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　             　。

下表是小利同学利用如图所示的实验装置探究液体压强规律时所测得的部分数据。

实验 次数	深度 $h/\mathit{cm}$	橡皮膜在水 中的方向	$U$形管左右液面 高度差△ $h/\mathit{cm}$
1	3	朝上	2.6
2	6	朝上	5.4
3	9	朝上	8.2
4	9	朝下	8.0
5	9	朝左	8.2
6	9	朝右	8.2

（1）实验时通过观察　　来判断液体内部压强的大小；实验所得的数据有一组是错误的，其实验序号为　　。

（2）通过分析比较实验序号　　的数据得出结论：同种液体内部，深度越深，压强越大。请列举出一个与此相关的实例：　　。

在游泳时，小金发现越往深水区走，越感到胸闷，由此猜想液体内部压强可能与液体的深度有关。于是用液体压强计对此进行了探究。

步骤一：将金属盒放入水中深度5厘米处，观察现象；

步骤二：将金属盒放入水中深度15厘米处时，发现金属盒的位置不动，但 $U$形管两侧的液面高度差逐渐减小；

步骤三：调整好器材后，重新实验。在深度5厘米处观察到现象如图（甲 $)A$所示，在深度15厘米处观察到现象如图（甲 $)B$所示。

得出结论：同种液体内部压强随着深度的增加而增大。

请完成下列问题：

（1）该实验过程用到的科学方法有　　（填字母）；

$A$．转换法

$B$．控制变量法

$C$．类比法

（2）步骤二中金属盒在水里的位置不动，但 $U$形管两侧的液面高度差逐渐减小的原因是　　；

（3）小金反思：只进行两次实验就得出结论，结论是不可靠的。还需改变深度更换液体进行多次实验，其目的是　　；

（4）对液体内部压强大小与深度关系的进一步思考。图（乙 $)$为一圆柱形容器，容器内装有密度为 $\rho$的液体， $a$点在深度为 $h$处的水平横截面上，横截面上方的液柱对横截面产生的压力大小等于该液柱的重力。根据压强公式 $p=\frac{F}{S}$，推导出 $a$点所在横截面受到的液体压强 $p_a$与深度 $h$之间的关系式是 $p_a=$　　。