CN103544870B - 液体压强演示仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体压强演示仪，它包括底座、刻度板、水平管、注射器、软胶管、五根竖直管、阀门、三通阀、漏斗、橡皮膜、细线、指针；通过注射器向管中注水和向外抽水，可以改变竖直管内的水位，竖直管中最右端短管上连接着漏斗，漏斗口用橡皮膜密封，橡皮膜中心的细线与指针尾端相连，指针在细线拉力和重力作用下能够偏转，通过指针的偏转，就可以判断液体产生压强的大小；该演示仪操作简便，能够验证学生的多种猜想，效果直观、明显，且能够一材多用。

Description

液体压强演示仪

技术领域

本发明属于教学演示仪器技术领域，具体涉及一种液体压强演示仪。

背景技术

液体对容器底部和侧壁都有压强，液体压强的特点是：①向各个方向都有压强；②同一深度，液体向各个方向的压强相等；③同一液体中，深度越深，压强越大。液体内部压强的计算公式是：P＝ρgh，式中ρ表示液体密度，h表示液体深度，液体压强的大小只与液体的种类(即密度ρ)和深度h有关，而与液体的质量、体积以及容器的形状没有关系。

液体压强是一个与多因素有关且比较抽象的物理量，修订后的《义务教育物理课程标准》对液体压强的要求是“探究并了解液体压强的特点”，在教学上，液体压强是在初步了解压力及固体压强之后进一步来研究液体压强的，探究并了解究液体压强的特点，是对压强知识的扩展，又是学习大气压强以及浮力知识的基础。教学上常规的探究内容及演示方法有：①液体对容器侧壁和底部有压强：在饮料瓶的侧壁和底部上不同位置开几个孔，水会流出；或让学生观察橡皮膜装水后的形变。②液体压强的大小：液体内部压强测量仪器——“U形管压强计”，它由一小金属盒(上面蒙有一层薄橡皮膜)、橡皮软管和U形玻璃管组成，管内装有水或水银，当橡皮膜受到的压强为零时，U形管两边液面相平，当橡皮膜受到压强作用时，两管内液面产生高度差，压强越大，两液面高度差越大，所以根据两管内液面的高度差判断被测压强的大小。③液体内部有压强：将“U形管压强计”的金属盒探入液体中，压强计中出现液面高度差，说明液体内部有压强，金属盒放入液体内越深，压强计中液面高度差越大，表明液体压强随深度的增加而增大；金属盒停在液内某一深度处，改变金属盒所朝的方向，压强计液面高度差保持不变，表明在同一深度，液体向各个方向的压强相等。此外，更换密度不同的待测液体，还可以进一步探究出液体压强与液体密度的关系。但是，这些实验都没演示液体压强与其他因素无关，而在学生们的潜意识中，存在一些根深蒂固的错误认识，比如：水越多，压强越大；装水的容器底面积不同时，压强也不同等；针对学生们的这些错误认识，没有现成实验，能够让学生观察到直观明显的实验现象。

发明内容

本发明的目的是为了弥补上述不足，提供一种更直观明显、能使学生能更深刻理解液体压强特点的液体压强演示仪。

一种液体压强演示仪，包括底座、刻度板、水平管、注射器、软胶管、五根竖直管、阀门、三通阀、漏斗、橡皮膜、细线、指针；所述刻度板安置于底座上，所述刻度板上固定水平管、五根竖直管、漏斗和指针；所述软胶管一端套在水平管上，另一端密封，所述注射器通过软胶管与水平管相连；所述五根竖直管，左端四个竖直管的下端通过阀门与水平管相连，最右端一个竖直管为最短管，其下端通过三通阀与水平管相连，其上端连有漏斗；所述漏斗的漏斗口用橡皮膜密封，所述橡皮膜通过细线与指针的尾端相连。

所述五根竖直管中两根粗细相同，其余管形状、粗细各不相同。

所述刻度板含有弧形刻度线和水平刻度线，所述弧形刻度线内侧设置所述指针。

本发明通过注射器向里面注水和向外抽水，可以改变五根竖直管内的水位；最右端竖直管上端连接漏斗，漏斗口用橡皮膜密封，橡皮膜通过细线与指针尾端相连，指针在细线拉力和重力作用下能够偏转，竖直管内液体的深度越大，橡皮膜形变的程度越大，指针的偏转角度就越大，所以通过指针的偏转，就可以判断液体产生压强的大小。

本发明液体压强演示仪的优点：①该演示仪只需要少量的水和较少的酒精就可以验证同学们的多种猜想，同时只需利用注射器就可以改变竖直管内的水位，操作非常方便；②该演示仪能够明显地证明液体压强与容器形状、底面积、质量等因素无关；③利用指针的偏转来显示液体压强的大小，使现象更为直观、明显；④该演示仪不仅能够完成本节课所需实验，它还具有以下功能：第一，这几根竖直管和水平管可以作为连通器使用。打开最左端三根竖直管下面的阀门，关闭第四根竖直管下面的阀门，液面静止且相平，将整个装置旋转一下，各管内的液体流动，待再次静止后仍能够相平，再打开第四根竖直管下面的阀门，会发现管内液面上升，明显高于左侧三根管中液面，说明连通器内液面若要相平，不仅需要静止，同时还需要装同种液体；第二，探究液体压强与流速的关系：在水平管后面加接一个粗管，粗管上仍然连接一个竖直管，当液体在水平方向流动时，粗管中的流速较小，细管中的流速较大，对应的竖直管内液面高度不同。改变推动活塞的速度，粗管和细管中液体的流动速度都会发生变化，对应竖直管内液面也跟着变化；第三，演示仪中竖直管中的红色水柱还可以帮助同学们建立“液柱”的概念，为教材下节课引导学生假想“小液柱”，推导液体压强公式起到很好的铺垫。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步地说明：

图1是液体压强演示仪的结构简图。

具体实施方式

实施例

一种液体压强演示仪，它包括底座1、刻度板2、水平管3、注射器4、软胶管5、五根竖直管(6、7、8、9、10)、阀门11、三通阀12、漏斗13、橡皮膜14、细线15、指针16；

所述刻度板2安置于底座1上，所述刻度板2上固定水平管3、五根竖直管(6、7、8、9、10)、漏斗13和指针16；

所述软胶管5一端套在水平管3上，另一端密封，所述注射器4通过软胶管5与水平管3相连；

所述五根竖直管分别通过阀门11a、11b、11c、11d和三通阀12与水平管3相连，其中，竖直管10为最短管，竖直管10的上端连有漏斗13；所述竖直管6、7、8、9的下端分别通过阀门11a、11b、11c、11d与水平管3相连，竖直管10为最短管，其下端通过三通阀12与水平管3相连，其上端连有漏斗13；

所述漏斗13的漏斗口用橡皮膜14密封，所述橡皮膜14通过细线15与指针16的尾端相连。

所述竖直管8、9粗细相同，6、7、10形状、粗细不同；

所述刻度板2含有弧形刻度线17和水平刻度线18，所述弧形刻度线17内侧设置所述指针16。

具体实验操作如下：

①准备工作：实验前，打开阀门11a、11b、11c、11d，并旋动三通阀12，使竖直管6、7、8、9、10与水平管3相连通；将装有水的注射器4连接到与水平管3相连接的软胶管5上，推动注射器4向对应竖直管中注水，使指针16指向弧形刻度线17的零刻度线时，停止注水；

②液体压强与深度的关系：先关闭阀门11a、11b、11d，打开阀门11c，并旋动三通阀12，使竖直管8、10相连通；当向管中注水时，现象是随着深度的增大，指针16偏转角度也随之增大，证明了同种液体压强随着深度的增加而增大，待液面与水平刻度线18上的某刻度相平且静止时，记下此时的深度及指针16偏转的角度，便于后边进行比较；

③液体压强与容器形状的关系：先关闭阀门11c，拉动注射器4的活塞，使竖直管10中水位回到起始位置，指针16归零；打开阀门11b，仅使竖直管7、10相连通，竖直管7中注到与②相同深度，现象是两次指针16的偏转角度相同，说明液体的压强与容器形状无关；

④液体压强与容器底面积和液体质量的关系：先关闭阀门11b，旋动三通阀12，指针16归零；打开阀门11a，仅使竖直管6、10相连通，竖直管6中注到与②相同深度，现象是指针16仍然偏转到原来的位置，说明液体压强与容器的底面积无关，还说明与液体的多少无关；

⑤液体压强与液体密度的关系：关闭阀门11a，拉动注射器4的活塞，使竖直管10中液面回到起始位置，指针16归零；旋动三通阀12，使竖直管10中封闭一定量的空气和水，此时，水平管3与外界相通，换用装酒精的注射器4，推动活塞，排出管内残留的水，旋动三通阀12，再打开阀门11d，仅使竖直管9、10管相连通，竖直管9中注到与②相同深度，现象是指针16偏转的角度很明显小于前三次，证明了深度相同时，液体密度越大，压强越大。

Claims (3)

1.一种液体压强演示仪，其特征在于：包括底座、刻度板、水平管、注射器、软胶管、五根竖直管、阀门、三通阀、漏斗、橡皮膜、细线和指针；所述刻度板安置于底座上，所述刻度板上固定水平管、五根竖直管、漏斗和指针；所述软胶管一端套在水平管上，另一端密封，所述注射器通过软胶管与水平管相连；所述五根竖直管，左端四个竖直管的下端通过阀门与水平管相连，最右端一个竖直管为最短管，其下端通过三通阀与水平管相连，其上端连有漏斗；所述漏斗的漏斗口用橡皮膜密封，所述橡皮膜通过细线与指针的尾端相连。

2.如权利要求1所述的液体压强演示仪，其特征在于：所述五根竖直管中两根粗细相同，其余管形状、粗细各不相同。

3.如权利要求1所述的液体压强演示仪，其特征在于：所述刻度板含有弧形刻度线和水平刻度线，所述弧形刻度线内侧设置所述指针。