第二节 探究：液体压强与哪些因素有关（教学课件）物理新教材沪科版八年级全一册

物理八年级全一册 •沪科版 第八章 压强 第二节 探究：液体压强与哪些因素有关 帕斯卡说：“人只不过是一根芦苇，是自然界最脆弱的东西，但他是一根会思想的芦苇。” 平静的水面之下，藏着看不见的液体压强，肉眼无法直接看见，却真实存在。今天我们借助实验去观察、猜想、验证，用思考的力量穿透表象，探寻液体压强的规律，感受理性探究带给我们的力量。 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 1. 认识液体内部存在压强； 2. 理解压强与深度、密度、方向的关系； 3. 会用 表示液体压强； 4. 知道压强来自重力与流动性。 02 科学思维 1. 借助液柱模型推理液体压强公式； 2. 运用控制变量法比较各因素； 3. 由实验现象归纳压强变化规律。 03 科学探究 1. 完成探究液体压强的实验； 2. 会正确使用 U 形管压强计； 3. 设计方案、获取信息并得出结论； 4. 写出含自己设计的实验报告。 04 科学态度与责任 1. 乐于动手实验，尊重数据与事实； 2. 解释潜水服、水坝、船闸等现象； 3. 了解我国深海探测成就，增强自豪感。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 液体压强的特点与实验探究； 2. 用控制变量法研究方向、深度、密度的影响； 3. 液体压强公式 及其应用； 4. 连通器原理与帕斯卡定律的初步认识。 1. 由液柱模型推导液体压强公式； 2. 设计控制变量实验并分析实验数据； 3. 理解连通器原理与船闸的工作过程。 课堂引入 潜入水中，液体压强藏着哪些秘密？ 问题 1 齐胸深的水里，为什么会感到呼吸越来越困难？ 问题 2 为什么要穿不同的潜水服？ 问题 3 水坝的形状为什么上窄下宽？ 带着这三个问题开始今天的探究 知识点1 液体的压强 侧壁小孔喷出的水流，说明了什么？ 观察不同水深的水压 观察现象 1．筒内没有加水时，侧壁三处橡皮膜保持平整，没有凸出； 2. 筒内加水后，侧壁橡皮膜都向外凸出；且位置越深的橡皮膜，向外凸出的程度越大。 实验结论 1．液体对容器侧壁有压强； 2．同种液体中，深度越深，侧壁受到的压强越大。 液体为什么会产生压强？ 受重力 液体受到竖直向下的重力，因此对支撑它的容器底部产生压强。 有流动性 液体具有流动性，对容器侧壁产生压强；内部相邻部分之间也相互挤压。 水坝上窄下宽，承受更大水压 结论：液体内部向各个方向都存在压强，同种液体深度越深压强越大。 典例分析 例1 液体和气体都具有流动性，统称为____________。液体对容器底部会产生压强，是因为液体受到____________的作用；液体对容器侧壁也会产生压强，是因为液体具有____________。 【解析】[1]液体和气体没有固定的形状，都具有流动性，统称为流体。 [2][3]地面附近的所有物体都会受到重力作用。液体由于受到重力作用，所以对容器底有压强，又因为液体具有流动性，所以对容器壁也有压强。 流体 重力 流动性 典例分析 例2 下液体由于受到重力作用和具有____________性，导致内部存在各个方向压强。三峡大坝筑成上窄下宽，是因为液体内部压强随____________增加而增大。 【解析】[1]在液体容器底、内壁、内部中，由液体本身的重力而形成的压强称为液体压强，由于液体受到重力作用，所以对容器底部有压强，又由于液体具有流动性，对容器侧壁也有压强，故根据液体压强产生的原因可得：液体由于受到重力作用和具有流动性，导致内部存在各个方向压强。 [2]因为水的压强随深度增加而增大，所以三峡大坝筑成上窄下宽的形状，可以承受更大的压强。 流动 深度 知识点2 探究液体压强的影响因素 U 形管压强计：怎样显示压强大小？ U 形管压强计 结构与原理 1. 金属盒外扎有橡皮膜，经橡皮管与 U 形玻璃管相连； 2. 橡皮膜受压时，U 形管两侧液面出现高度差； 3. 液面高度差越大，橡皮膜处所受压强越大。 配套实验视频 《探究液体压强与哪些因素有关》操作规范，见随课件分发的 mp4。 探究一：同一深度，各方向压强相等吗？ 控制变量：同种液体（水）· 保持同一深度 · 只改变金属盒的朝向 条件 把压强计金属盒放入水中某一深度，保持位置不变。 操作 转动金属盒，让橡皮膜分别朝上、朝下、朝侧面。 现象 三种朝向下，U 形管两侧液面高度差都相同。 结论 同一深度，液体向各个方向的压强大小相等。 实验方法：每次只改变一个因素，其余因素保持不变 —— 控制变量法。 探究二：深度越深，压强越大吗？ 控制变量：同种液体（水）· 金属盒朝向不变 · 只改变浸入深度 条件 金属盒橡皮膜保持同一朝向，浸入水中。 操作 先后把金属盒放在浅处、较深处、更深处。 现象 金属盒越深，U 形管两侧液面高度差越大。 结论 深度越深，压强越大。 深度：从液面到该点的竖直距离，不是到容器底部的距离。 探究三：液体密度越大，压强越大吗？ 控制变量：同一深度 · 金属盒朝向不变 · 只换用不同液体（水、盐水） 条件 金属盒放入水中某一深度，朝向固定不动。 操作 深度与朝向不变，把金属盒换入盐水中。 现象 同一深度下，盐水中液面高度差更大。 结论 密度越大，压强越大。 两次实验深度、朝向相同，只有液体密度不同，才可比较压强大小。 实验结论：液体压强随深度与密度变化 规律一 · 方向与深度 同种液体内部，同一深度处各个方向压强大小相等；深度越深，压强越大。 规律二 · 密度 在不同液体的同一深度处，液体的密度越大，压强越大。 补充讲解视频 中考必考实验：探究液体压强，见随课件分发的 mp4。 典例分析 · 深海潜水器 例 3　我国三台载人潜水器先后下潜：奋斗者号 10909 m、蛟龙号 7062 m、深海勇士号 4500 m。 在海水中下潜越深，承受的压强越大。哪台潜水器承受的压强最大？ 奋斗者号　10909 m 蛟龙号　7062 m 深海勇士号　4500 m 【解析】由 ，海水密度 ρ 与 g 相同，深度 h 越大，压强越大；奋斗者号下潜 10909 m 最深，承受的压强最大。 典例分析 例4 物理课上，同学们利用压强计“研究液体内部压强”，进行了如下的操作。 (1)压强计是通过________________________来反映压强大小的； (2)在使用压强计前，发现U形管中两侧液面 已有高度差（如图甲所示），接下来的 操作是______（选填字母）； A．直接从U形管右侧中倒出适量液体 B．拆除胶管重新安装 (3)分析______两图的实验现象，得出结论：在深度相同时，液体的密度越大，压强越大； (4)正确操作后，分析图②、图③的实验现象，得出结论：__________________。 【解析】（1）实验中，压强大小不能直接得到，通过U形管两侧液面的高度差来反映压强大小，U形管两侧液面的高度差越大，说明压强越大，使用了转换法。 （2）在使用压强计前，发现U形管中两侧液面已有高度差，接下来的操作是：只需要将软管取下，再重新安装，这样的话，U形管中两管上方的气体压强就是相等的，都等于大气压，当橡皮膜没有受到压强时，U形管中的液面就是相平的。故A不符合题意，B符合题意。 故选B。 （3）③④两图中，液体的密度不同，压强计探头所处的深度相同，因盐水密度大于水的密度，图④中U型管两侧液面高度差较大，因此可得到结论：在深度相同时，液体的密度越大，压强越大。 U形管两侧液面的高度差 B ③④ 液体密度相同时，深度越深，液体压强越大 知识点3 液体压强的大小 液柱模型：推导液体压强公式 液面下的竖直液柱 理论推导 ① 深度 h 处取底面积 S 的竖直液柱 ② 液柱体积 ③ 液柱质量 ④ 底面压力 ⑤ 底面压强 ρ 液体密度 单位 kg/m³ g 常量 约 9.8 N/kg h 深度 单位 m，竖直距离 读懂公式 p = ρgh：深度、条件与单位 h：液面到该点的竖直距离 潜水越深，h 越大，压强越大 深度 h 的含义 从液面竖直向下到该点的距离；不是到容器底部的距离。 适用条件 公式适用于静止液体；同一深度各方向压强相等。 单位要统一 ρ 用 kg/m³，h 用 m，g 取10 N/kg，p 单位为 Pa。 典例分析 · 比较压强大小 例 5　图中，(a)(b) 是水中不同深度的金属盒；(c) 中 A、B 在水中，C 在盐水中。 比较各组 U 形管液面高度差，判断三处压强的大小关系。 【解析】同种液体深度越深压强越大，故 pB> pA；同一深度密度越大压强越大，故 pC > pB>pA。 典例分析 例6 在如图所示，A、B为完全相同的两个圆柱形容器，各盛有5cm深的水，A、B之间用带阀门的细导管连接。开始时阀门K关闭，此时水对 A、B两容器底面的压力之比为______。将阀门K打开，待水不流动时，水对 A、B两容器底面的压强之比为______。 【解析】[1]阀门K关闭时，A、B容器中水的深度均为5cm，由p=ρ水gh可知，水对A、B两容器底部产生的压强相等，即pA=pB，A、B两容器完全相同，则SA=SB，由F=pS可知，水对A、B两容器底部的压力相等，即FA=FB，因此水对容器底部的压力之比FA：FB=1：1。 [2]将阀门K打开前，A、B容器两液面的高度差为Δh=5cm+2cm-5cm=2cm 阀门K打开后，A、B组成连通器，当液体静止时，两液面保持相平，A容器中液面下降1cm，此时A容器中液体的深度hA=5cm-1cm=4cm B容器中液面上升1cm，此时B容器中液体的深度为hB=5cm+1cm=6cm 此时，水对A、B容器底部的压强之比 1：1 2：3 知识点4 连通器 连通器：定义、原理与平衡解释 连通器 U 形管连通器 上端开口 · 底部相连通 定义 上端开口、底部互相连通的容器，叫做连通器。 原理 静止同种液体，各开口液面总保持同一水平面。 平衡解释 下部液片 A 平衡，两侧压强相等，故深度相同。 连通器就在身边：三个常见实例 茶壶 壶嘴与壶身构成连通器，液面总相平。 水塔供水 水塔与各户水管构成连通器。 软管定水平线 两端液面保持同一水平高度。 大型连通器：三峡船闸怎样过船 三峡五级船闸实景 世界最大的连通器式船闸；元代郭守敬已在通惠河修建船闸。 ① 开阀门 A，水从上游进闸室 ② 水面相平，开闸门 C 船驶入 ③ 关 A、C，开阀门 B 水向下游流 ④ 水面相平，开闸门 D 船入下游 典例分析 例7 如图所示，A、B两个容器用一个带阀门的管子相连，两个容器中装有液面相平的同种液体，则a、b两处的压强大小关系为pa______（选填“>”“<”或“=”） pb。当打开阀门时，液体__________________（选填“由A流向B”“由B流向A”或“不流动”）。 【解析】[1]如图所示，两容器内液体密度相同，ha>hb，根据液体压强公式p=ρgh可知pa>pb。 [2]当打开阀门时，两容器上端开口，下端相连，形成了一个连通器，液体静止时两液面相平，故液体不会流动。 > 不流动 典例分析 例7 如图所示，A、B两个容器用一个带阀门的管子相连，两个容器中装有液面相平的同种液体，则a、b两处的压强大小关系为pa______（选填“>”“<”或“=”） pb。当打开阀门时，液体__________________（选填“由A流向B”“由B流向A”或“不流动”）。 【解析】[1]如图所示，两容器内液体密度相同，ha>hb，根据液体压强公式p=ρgh可知pa>pb。 [2]当打开阀门时，两容器上端开口，下端相连，形成了一个连通器，液体静止时两液面相平，故液体不会流动。 > 不流动 典例分析 例8 灵渠作为世界上最早的有闸运河，船闸对于河流的通畅功不可没。降水的季节河道具有一定落差，低水位易导致航船爬升困难，人们开始在灵渠上修建具有船闸功能的设施——陡门，如图所示。通过陡门的开启与封闭，调节水位，保证船只不受水位落差影响而顺利通行。陡门利用了________原理，当陡门开启后上下游的水位会________。 【解析】陡门开启时，上下游满足上端开口，底部相连，则为连通器；根据连通器的特点可知，当液体不流动时，各部分的液面是相平的，因此当陡门开启后上下游的水位会相平。 连通器 相平 知识点5　帕斯卡定律与液压传动 帕斯卡裂桶实验：几杯水为何压裂木桶 帕斯卡裂桶实验 人物简介 帕斯卡（1623—1662），法国物理学家、数学家。 实验现象 1648 年，细长管中只灌几杯水，木桶竟被压裂。 实验说明 管子虽细但深度 h 很大， 使桶壁压强很大。 帕斯卡定律与液压传动应用 帕斯卡定律：加在密闭液体上的压强，能够大小不变地被液体向各个方向传递。 液压机 大活塞获得更大的作用力。 液压千斤顶 小活塞施力，大活塞顶起重物。 液压千斤顶实景 汽修中用较小力即可顶起车辆。 课堂小结 课堂小结 液体压强成因 液体受重力，对容器底有压强 液体有流动性，对容器侧壁有压强 探究影响因素 同深度各方向压强相等；越深越大 同深度，液体密度越大压强越大 压强公式 ρ 密度 · g 常量 · h 深度 连通器 上端开口、底部相连通 静止同种液面等高；船闸 帕斯卡定律 密闭液体压强大小不变传递 液压机、液压千斤顶 课堂练习 课堂练习 探究新知 1. 请完成“探究液体压强与哪些因素有关”的实验报告，在报告中陈述你设计的步骤 2、步骤 3 以及从不同步骤可得出的结论等。 课堂练习 探究新知 2. 从百米浅海到万米深海，中国自主研制的潜水器有了质的飞跃。下面是不同潜水器对应的潜水深度：“蛟龙”号 7 062 m、“深海勇士”号 4 500 m、“奋斗者”号 10 909 m。请选出承受海水压强最大的潜水器并说明理由。 【解析】液体压强公式。 海水密度ρ基本不变，g是常量，液体压强只和深度h有关，深度越深，液体压强越大。 “奋斗者” 号下潜深度 10909 m，大于 “蛟龙” 号 7062 m、“深海勇士” 号 4500 m，所以它受到海水压强最大。 承受海水压强最大的是 “奋斗者” 号 课堂练习 探究新知 3. 在“探究液体压强与哪些因素有关”的实验中： （1）气密性良好的微小压强计 ___________（选填“是”或“不是”）连通器； （2）图 _______ 中探头上的橡皮膜受到的压强大，这是因为同种 液体内部的压强随深度的增加而 _______（选填“增大”或“减 小”）； （3）图（c）中，A、B、C 三点受到液体压强最大的是 ______ 点。 【解析】(1) 连通器的定义：上端开口、底部相连通。微小压强计的 U 形管一端和探头橡胶膜密闭相连，不是上端都开口，所以不是连通器。 (2) a、b 中液体都是水（同种液体），b 探头深度更深，U 形管液面高度差更大，说明压强更大；结论：同种液体，液体内部压强随深度增加而增大。 (3) 根据 ，C 点液体是盐水，密度大于水，同时深度和 B 相同、比 A 深，因此 C 点压强最大。 不是 (b) 增大 C 课堂练习 探究新知 【解析】连通器特点：上端开口、底部互相连通的容器，当连通器内装同种液体，液体静止时，各部分液面总保持相平。软管灌水后构成连通器，两端水面齐平，两个水面标记的高度就是同一水平高度，所以可以确定水平线。 明软管上端开口、底部相连，属于连通器；当里面的水静止时，软管两端的水面保持相平，据此就可以在墙上画出水平线 4. 在装修房屋时，工人师傅用一根灌有水（水中无气泡）的透明软管作为辅助工具确定水平线，如图所示。为什么这样做能确定水平线？ 课堂练习 探究新知 【解析】①蓄水槽与饮水槽底部相连、上端开口，属于连通器，静止时两边液面保持相平； ②装置利用杠杆原理控制进水阀门： 牲畜饮水时，水位降低，浮球跟着下降，杠杆绕支点转动，把阀门打开，水管向蓄水槽补水； 水位上升到设定高度，浮球上浮，杠杆带动阀门关闭，停止供水，实现自动控制水位。 蓄水槽和饮水槽构成连通器；牲畜喝水，水位下降，浮球下落，杠杆打开阀门，进水；水位升高，浮球上浮，杠杆关闭阀门，停止进水，从而自动维持水位 5. 一种牲畜自动饮水机的结构示意图如图所示，请解释它的工作原理。 课堂练习 探究新知 【解析】1. 壶嘴与壶身上端开口、底部相连通，组成连通器。 2. 单位换算 水对壶底的压强 水对壶底的压力 连通器 6. 如图所示，将一把质量为0.5kg、底面积为40cm2的平底茶壶放在水平桌面上（茶壶壁厚度不计），壶嘴和壶身组成 _________。壶内装有 0.6kg 的水，水面到壶底的距离为12cm，则水对壶底的压力是__________N。（g 取10N/kg） 4.8 课堂练习 探究新知 【解析】①单位换算 （1）玻璃杯对桌面的压力，等于总重力 玻璃杯对桌面的压强 （2）先求水对杯底的液体压强 水对杯底的压力 1000Pa 7. 如图所示，一只盛有水的薄壁玻璃杯静止在水平桌面上。玻璃杯重1N，底面积30cm2，杯内水重 2N，水深6cm，水的密度为1.0×103kg/m3，g取10N/kg。求： （1）玻璃杯对桌面的压强； （2）水对杯底的压力。 1.8N 课后作业 探究新知 作业 内容 同步作业 完成课后作业：“自我评价与作业” 自主安排 配套同步分层作业 谢谢聆听 谢谢聆听 普朗克曾说：“物理定律不能单靠思维来获得，还应致力于观察和实验。” 本节课我们探究了液体压强的影响因素，实验是解锁自然奥秘的钥匙。世间很多隐秘的规律，都要依靠反复求证才能知晓。愿大家始终保有实证精神，勤于观察、乐于探究，在物理学习中不断靠近真理。 Lavf59.27.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v1.3.14 Lavf59.27.100 Bilibili VXCode Swarm Transcoder v1.2.8 探究液体压强与哪些因素有关 实验报告 班级 姓名 组别 实验日期 一、实验名称 探究液体压强与哪些因素有关 二、实验目的 1．探究液体内部压强与深度、液体密度、方向的关系； 2．学习使用 U 形管压强计测量液体压强，掌握控制变量法的实验设计思路。 三、实验器材 U 形管压强计、盛水容器、盛盐水容器、刻度尺。 四、实验方法 控制变量法。 五、实验步骤 步骤 1：探究液体压强与金属盒方向的关系 将检查过气密性的 U 形管压强计金属盒放入水中某一固定深度，保持深度不变，依次改变金属盒橡皮膜的朝向（朝上、朝下、朝侧面），观察并记录每次 U 形管两侧液面的高度差。 步骤 2：探究液体压强与液体深度的关系（自主设计） 控制条件：保持液体为水、金属盒橡皮膜朝向不变，只改变金属盒浸入水中的深度。 操作过程：将金属盒由浅到深先后放入水中三个不同深度处，用刻度尺分别测出对应深度；在每一个深度处静置片刻，待 U 形管液面稳定后，记录左右两侧液面的高度差，比较三组高度差随深度的变化情况。 步骤 3：探究液体压强与液体密度的关系（自主设计） 控制条件：保持金属盒所处深度不变、橡皮膜朝向不变，只更换液体种类。 操作过程：将金属盒先后放入清水和盐水中的同一深度处，分别记录两次 U 形管两侧液面的高度差；在深度、朝向都相同的前提下，比较两种液体中液面高度差的差异，判断液体密度对压强的影响。 六、实验现象与结论 1. 步骤 1 的结论（压强与方向） 实验现象：改变金属盒方向时，U 形管液面高度差保持不变。 结论：同种液体内部，同一深度处，液体向各个方向的压强大小相等。 2. 步骤 2 的结论（压强与深度） 实验现象：金属盒放入水中越深，U 形管两侧液面的高度差越大。 结论：同种液体内部，液体的压强随深度的增加而增大。 3. 步骤 3 的结论（压强与密度） 实验现象：同一深度下，盐水中 U 形管液面高度差大于清水中的高度差。 结论：在深度相同时，液体的密度越大，液体的压强越大。 4. 实验总结论 液体内部的压强与液体的深度和密度有关：同种液体同一深度向各个方向压强相等；深度越深、液体密度越大，液体压强越大。计算公式为 。 七、反思与交流 1．实验前需检查 U 形管压强计的气密性，若轻压橡皮膜时液面高度差变化不明显，需重新连接橡皮管，避免漏气导致测量误差。 2．读取 U 形管液面高度差时，视线应与凹液面底部相平，保证读数准确。 3．可进一步猜想液体压强是否与容器形状有关，选用形状不同的容器装入同种液体，控制深度相同进行验证。 $ 探究液体压强与哪些因素有关 实验报告 班级 姓名 组别 实验日期 一、实验名称 探究液体压强与哪些因素有关 二、实验目的 1．探究液体内部压强与深度、液体密度、方向的关系； 2．学习使用 U 形管压强计测量液体压强，掌握控制变量法的实验设计思路。 三、实验器材 U 形管压强计、盛水容器、盛盐水容器、刻度尺。 四、实验方法 控制变量法。 五、实验步骤 步骤 1：探究液体压强与金属盒方向的关系 将检查过气密性的 U 形管压强计金属盒放入水中某一固定深度，保持深度不变，依次改变金属盒橡皮膜的朝向（朝上、朝下、朝侧面），观察并记录每次 U 形管两侧液面的高度差。 步骤 2：探究液体压强与液体深度的关系（自主设计） 控制条件：保持液体为水、金属盒橡皮膜朝向不变，只改变金属盒浸入水中的深度。 操作过程：将金属盒由浅到深先后放入水中三个不同深度处，用刻度尺分别测出对应深度；在每一个深度处静置片刻，待 U 形管液面稳定后，记录左右两侧液面的高度差，比较三组高度差随深度的变化情况。 步骤 3：探究液体压强与液体密度的关系（自主设计） 控制条件：保持金属盒所处深度不变、橡皮膜朝向不变，只更换液体种类。 操作过程：将金属盒先后放入清水和盐水中的同一深度处，分别记录两次 U 形管两侧液面的高度差；在深度、朝向都相同的前提下，比较两种液体中液面高度差的差异，判断液体密度对压强的影响。 六、实验现象与结论 1. 步骤 1 的结论（压强与方向） 实验现象：改变金属盒方向时，U 形管液面高度差保持不变。 结论：同种液体内部，同一深度处，液体向各个方向的压强大小相等。 2. 步骤 2 的结论（压强与深度） 实验现象：金属盒放入水中越深，U 形管两侧液面的高度差越大。 结论：同种液体内部，液体的压强随深度的增加而增大。 3. 步骤 3 的结论（压强与密度） 实验现象：同一深度下，盐水中 U 形管液面高度差大于清水中的高度差。 结论：在深度相同时，液体的密度越大，液体的压强越大。 4. 实验总结论 液体内部的压强与液体的深度和密度有关：同种液体同一深度向各个方向压强相等；深度越深、液体密度越大，液体压强越大。计算公式为 。 七、反思与交流 1．实验前需检查 U 形管压强计的气密性，若轻压橡皮膜时液面高度差变化不明显，需重新连接橡皮管，避免漏气导致测量误差。 2．读取 U 形管液面高度差时，视线应与凹液面底部相平，保证读数准确。 3．可进一步猜想液体压强是否与容器形状有关，选用形状不同的容器装入同种液体，控制深度相同进行验证。 学科网（北京）股份有限公司 $