《液体的压强》课标解读

《液体的压强》课标解读本专题属于课标三大主题之一──“运动和相互作用”主题的二级主题“机械运动和力”，物质运动和相互作用的规律是物理学的核心内容，也是学习物理学的。这部分内容涉及较多的物理概念和规律，比较抽象。本条目课程内容主要涉及认知性学习目标，具体说明如下：“通过实验，探究并了解液体压强与哪些因素有关”中既有体验性目标又有认知性目标。其中的“探究”属于体验性目标行为动词，该条目处于“经历”水平。“了解”属于认知性目标行为动词，该条目处于“了解”水平。了解液体内部产生压强的原因是液体受到重力且具有流动性。压强计是研究液体内部压强的仪器，应了解它的工作原理：当有力作用在橡皮膜上时，使橡皮膜向里凹进，缩小了橡皮膜内密封的空气的体积，气压变大，使U形管两边的液柱有高度差。作用在橡皮膜上的压强越大，U形管两边液面的高度差也越大。橡皮膜的朝向可以转动，便于比较液体内不同方向的压强大小。也就是说压强计中U型管左右液面的高度差能反映液体压强的大小，高度差大，反映液体压强大；橡皮膜在水中的方向能反映出液体压强的方向，若橡皮膜朝下，表明它受到的液体压强方向向上。实验前，应检查蒙在金属盒上的橡皮膜、连接用的橡皮管及各接口处是否漏气。检验的方法是用一恒定的力作用一段时间，看压强计U形管两边液面的高度差是否发生变化，不变化说明不漏气；若变化，要查明原因，进行修理。注意不能让压强计U形管两边液面的高度差过大，以免液体从管中流出；如果流出，应该把连接用的橡皮管取下重新连接。液体压强的特点是用压强计研究液体压强后得到的。要注意研究的方法：保持同一种液体、同一深度不变，改变方向，比较液体向各个方向的压强；保持同一种液体不变，改变深度，比较各个深度的液体压强；保持同一深度不变，改变液体密度，比较不同密度的液体压强；最后归纳出结论。这种研究受多个因素影响的事物与各个因素的关系的方法叫“控制变量法”，是物理学研究问题的一种基本方法。了解液体压强的特点：液体由于具有重力和流动性，对容器底部和侧壁都有压强；液体内部不仅有向下的压强，也有向上的压强，液体内部朝各个方向都有压强；在同一深度，液体向各个方向的压强都相等；深度增大，液体的压强增大；体的压强还与液体的密度有关，在深度相同时，液体的密度越大，压强越大。液体内部的压强可以利用公式p=ρgh计算。注意公式适用的条件为液体。公式中各符号代表的物理量及其单位：p──压强──Pa；ρ──密度──kg/m3；g──9．8N/kg；h──深度──m。深度是指从液面到所研究的那点的垂直距离，而不是从该点到容器底或到封闭的容器上盖面的距离。从公式中看出：液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关，而与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关，著名的帕斯卡破桶实验充分说明这一点。液体对容器底部的压力不一定等于液体的重力，这取决于容器形状：如图1所示，是形状不同的三个容器装有密度为ρ、深度为h的液体，底面积均为S。根据液体压强计算公式，液体对容器底部的压强为p=ρgh，所以液体对容器底部的压力为F=pS=ρghS。容器中所盛液体的重力为G=mg=ρgV液。所以，比较各容器底部受到液体的压力F与液体重力G的大小，只需要比较Sh（容器的底面积和高的乘积，即图1甲中两竖直虚线间所包围的体积）与V液之间的关系即可。图2甲为口大底小的容器，容易看出Sh＜V液，所以容器底受到的压力小于液体的重力，即F＜G；图2乙为柱状容器，Sh=V液，所以容器底部受到的液体的压力等于液体的重力，即F=G；图2丙为口小底大的容器，Sh＞V液，所以容器底部受到的压力大于液体的重力，即F＞G。可见，容器的形状不同，则容器底部受到的压力与所装液体的重力大小关系就不一样。///甲乙丙图1我们还可以这样理解容器底部受到的压力F与液体重力G的关系：甲容器口大底小，对液体提供向上的支持力的，不仅仅是容器底部，周围侧壁对液体也提供斜向上的支持力（支持力的方向与容器侧壁垂直向上），这就减轻了液体对容器底部的压力，使F＜G。乙容器的侧壁对液体也有作用力，但方向是水平的，不能减轻了液体对容器底部的压力，所以F=G。丙容器的侧壁对液体有斜向下的力（力的方向与容器侧壁垂直向下），使容器底部不仅承受液体的重力，还要承受侧壁对液体向下的压力，使F＞G。由于液体内部的压强只与液体的密度和深度有关，所以在计算液体对容器底部的压力压强问题时，一般应先根据公式/求出液体的压强，再根据/求出压力。但对于粗细均匀的容器，由于液体对容器底部的压力等于液体重力，所以可以直接利用/计算液体对容器底部的压强。了解上端开口，下部连通的容器叫连通器。连通器里装一种液体且液体不流动时，各容器中的液面总是相平的。茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是应用连通器原理的例子。