在水和油中布置相同深度的三组压强探头。先使用静态读数比较深度与密度的作用,再移动指定探头绘制压强—深度图,避免把密度和深度同时变化造成的影响混为一谈。
学习目标
- 确认液体内部压强随深度增大
- 同一深度比较不同密度液体的压强
- 区分表压、绝对压强及压强探头的测量位置
实验器材
- 两个固定液体槽:水 1000 kg/m³、油 800 kg/m³
- 六个表压探头,初始深度分别为 0.20、0.40、0.60 m
- 竖直标尺、两幅实时 p–h 图、同深度读数板
实验准备
- 确认两槽液面水平、重力加速度均为 9.8 m/s²。
- 初始六个探头处于液体内部;探头测量点是十字中心,表盘只用于显示。
- 两个 p–h 图分别绑定左、右槽最深的探头,其余四个探头用作同时对照。
操作步骤
保持液体密度,改变深度
无需运行即可读取每槽三个探头的数值。分别记录 h = 0.20、0.40、0.60 m 的表压,并计算 p/h;比较深度加倍、加至三倍时压强的变化。
保持深度,改变液体密度
逐组比较两槽同深度的探头,计算 p油/p水,并与 ρ油/ρ水 比较。不能使用不同深度的两个探头直接判断密度的作用。
绘制连续的压强—深度关系
点击开始,拖动左槽最深探头的十字中心,在本槽内缓慢上下移动;左图记录其真实深度与表压。再对右槽最深探头重复操作。避开液面以上和槽外区域。
探查水平位置与绝对压强
暂停并在同一深度水平移动一个探头,检查表压是否不变。比较读数板中的水中表压与绝对压强,求其差值,并解释液面表压为零的含义。
密度复测
每次改变参数前先点击“重置”,在初始状态修改所选器材的属性,再点击“开始”。重新开始采集后图表替换上次曲线;不要在运动途中改初始条件后直接比较。 在液体槽属性中把右槽密度由 800 改为 1200 kg/m³,保持液面、探头位置与重力不变,预测并核验 0.40 m 深处表压。
观察与记录
- 记录表:液体、ρ/(kg/m³)、h/m、p/Pa、p/h、p/(ρh)。
- 水与油的 p–h 图均为过原点的直线,水的斜率较大。图中未运行前为空,开始后记录移动探头的真实采样。
- 自由液面附近读数较小,应区分仪表显示分辨率与物理规律。
预期结果
- 水中 h = 0.20/0.40/0.60 m 时,表压分别为 1960/3920/5880 Pa;油中为 1568/3136/4704 Pa。
- 同一深度 p油/p水 = 0.8;p/(ρh) = 9.8 m/s²。
- 水中 0.40 m 处绝对压强为 101325 + 3920 = 105245 Pa;右槽密度改为 1200 kg/m³ 后,同深度表压为 4704 Pa。
课堂讨论
- 同一深度左右移动探头,压强是否变化?
- 把深度加倍与把液体密度加倍,对表压的作用是否相同?
- 液面处表压为零,是否意味着绝对压强也为零?
模型与适用范围
- p = ρgh 适用于静止、密度均匀的液体。不要把受晃动时的瞬时局部读数当作静水数据。
- 探头直接读取测量点压强,不包含橡皮膜、导管或 U 形管的传递与响应误差。
- 仪表的模拟指针有响应时间,数字读数显示当前测量值;拖动后可暂停等待稳定。