變式訓練 拓寬思維

陳健平

“探究液體壓強與哪些因素有關”是《義務教育物理課程標準（2022年版）》中新增加的一個探究類學生必做實驗。2024年遼寧省初中學業水平考試物理樣卷第20題也對此實驗進行了考查。

原題再現

小明要探究“液體內部壓強的大小與哪些因素有關”，所用的實驗器材有：壓強計、大燒杯、刻度尺、足量的水、酒精和濃糖水。

（1）小明同學根據生活經驗發現，自己游泳時潛入水中的位置越深，感覺受到水的壓力越大。這個經驗可以作為液體壓強的大小與__________有關的猜想依據。同時他還提出了液體內部壓強的大小可能與液體的密度等因素有關。

（2）實驗前，用手多次輕壓探頭的橡皮膜，發現U形管內液面的高度均發生明顯變化，說明該壓強計__________。

（3）小明將探頭放在水中某一深度，只改變探頭的方向，如圖1所示?？梢缘贸觯阂后w內部向各個方向都有壓強，在同一深度，向各個方向的壓強__________。

（4）小明又連續增加探頭在水中的深度，發現U形管中液面高度差逐漸增大。

①他得出：液體內部壓強的大小與液體深度有關。

②進一步分析還可以得出：液體的密度相同，深度越深，液體內部壓強__________。

（5）小明繼續探究“液體內部壓強的大小與液體密度是否有關”，他按自己的設計進行了實驗，收集的信息和數據如下表。（ ρ酒精 < ρ水 < ρ濃糖水）

[實驗次數 液體種類 探頭在液體中的深度 h/cm U形管兩側液面的高度差[Δ]h/cm 液體壓強的大小 1 酒精 7.5 5.6 相等 2 水 6.0 5.6 3 濃糖水 4.8 5.6 ]

根據表中的信息和數據，并結合（4）中②的結論，小明得出：液體內部壓強的大小與液體密度有關。請簡述他分析實驗信息、進行科學論證的過程：____。

破解策略

（1）根據小明游泳時潛入水中的位置越深，感覺受到水的壓力越大，分析出液體內部壓強變大，進而判斷出液體內部壓強的大小與深度有關，因此這個經驗可以作為液體內部壓強的大小與深度有關的猜想依據。

（2）用手多次輕壓探頭的橡皮膜，發現U形管內液面的高度均發生明顯變化，這說明該壓強計不漏氣，氣密性好。

（3）在同種液體中，當探頭所在的深度相同時，只改變探頭的方向，由圖1可知U形管左右兩側液面的高度差不變，這表明：同種液體，在同一深度，液體向各個方向的壓強相等。

（4）連續增加探頭在水中的深度，發現U形管中液面高度差逐漸增大，這說明液體的密度相同，深度越深，液體內部壓強越大。

（5）實驗數據表明探頭在酒精、水、濃糖水中的深度不同，U形管兩側液面的高度差相同，其中濃糖水的密度最大，探頭所處的深度最小，但受到的壓強和在酒精、水中受到的壓強相等。根據（4）中②的結論“液體的密度相同，深度越深，液體內部壓強越大”，推理可知：若探頭在濃糖水中所處的深度與在酒精中或水中所處深度相同，則探頭在濃糖水中時U形管兩側液面的高度差會大于在酒精中或者在水中的高度差，從而知道探頭在酒精、水、濃糖水中相同深度處，在濃糖水中受到的壓強最大，由此得出：液體內部壓強的大小與液體密度有關，在深度相同時，液體密度越大，液體內部壓強越大。

答案：（1）深度 （2）不漏氣（或氣密性好） （3）相等 （4）越大 （5）濃糖水的密度最大，探頭所處的深度最小，但受到的壓強和在酒精、水中受到的壓強相等，根據（4）中②的結論推理可知：若探頭所處的深度相同，則探頭在濃糖水中時U形管兩側液面的高度差最大，濃糖水產生的壓強最大，由此得出：液體內部壓強的大小與液體密度有關，在深度相同時，液體密度越大，液體內部壓強越大

拓展延伸

小聰同學利用U形管壓強計探究“液體壓強與哪些因素有關”，具體操作如圖2所示：

（1）在選擇U形管壓強計時，探頭上的橡皮膜應該用__________（選填“薄”或“厚”）一些的較好。安裝后，小聰發現U形管內液面左低右高如圖甲所示，為使U形管左右兩側液面相平，接下來的操作是__________。（選填正確答案前字母）

A.搖晃U形管 B.拆除軟管重新安裝

C.按壓橡皮膜 D.將右側管中高出的紅墨水倒出

（2）調整好裝置后，小聰將探頭放入水中，并逐漸增大探頭在水中的深度，實驗現象如圖乙、丙所示，這說明____。

（3）為探究液體壓強與液體密度的關系，小聰又完成了圖丁所示實驗，對比丙、丁兩次實驗得出：深度相同時，液體密度越大，液體內部壓強越大。同時小聰還發現兩次U形管兩側水面高度差對比不明顯，為使實驗現象更加明顯，下列操作可行的是__________。（多選，選填正確答案前字母）

A.將圖丁中探頭下移

B.丁燒杯中換用密度更大的液體

C.將U形管中的水換成密度更小的酒精

（4）實驗過程中，小聰發現即使探頭不受液體壓強，U形管左右兩側液面也經常不相平，為了解決這個問題，小聰在老師的幫助下對壓強計進行了改進（如圖3），在軟管與U形管的交接處連入了一個三通管K，可以通過控制K的打開和關閉實現與外界大氣的通和斷，若壓強計在使用前出現如圖甲中的情形，只需__________（選填“打開”或“關閉”）三通管K即可解決問題。

（5）請你根據（2）、（3）中得出的結論幫助小聰回答下列問題：保持圖丁中探頭的位置不變，并將一杯清水倒入燒杯中攪勻后（液體未溢出），U形管兩側的液面的高度差_________（選填“變大”“變小”或“不變”）。

（6）課后小聰同學推導出了液體壓強的計算公式，又利用U形管壓強計改裝成如圖4所示的測量某種未知液體的密度的密度計。A為固定支架，其作用是保證橡皮膜在不同的液體中深度均為5 cm。U形管盛水，其右管標有刻度值，為了便于讀數，在U形管右管中有一個指示液面位置的紅色浮標。未測量時，U形管水面剛好與a相平。當橡皮膜放入某液體中時，浮標指示在b處，小寧利用刻度尺測出a、b之間的距離為2.0 cm，則該液體的密度為__________g/cm3。

答案：（1）??；B （2）同種液體的壓強隨液體深度增加而增大 （3）BC （4）打開 （5）變大 （6）0.8

（作者單位：錦州市實驗學校）