例题 01 怎样使高度差增大 知识清单例题
题目
如图,小明将压强计的探头放入水中某一深度处,记下U形管中两侧液面的高度差 。下列操作能够使高度差 增大的是()

A. 将探头向下移动一段距离
B. 将探头水平向左移动一段距离
C. 将探头放在酒精中的同样深度处
D. 将探头在原深度处向其他方向任意转动一个角度
答案与解析
解析
A下移探头增加水中深度,压强增大,U管液面差增大。B同深度水平移动、D同深度转向,都不改变该处压强;C改为密度较小的酒精且深度相同,压强反而减小。
本题结论
A。
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桶中的水有多重,与水对桶底的压力有多大,并不是同一个问题。液体内部先看深度与密度,整个容器对桌面的作用则要看总受力。
液体受重力作用且具有流动性,不仅对底部,也对侧壁及内部各方向产生压强。同种静止液体在同一深度,各方向的压强相等;深度越大,压强越大。
取截面积S、高度h的假想液柱。体积V=Sh,质量m=ρSh,重力G=ρShg,单位面积对应的液柱压力为:
p=SG=SρShg=ρgh.
| 符号 | 量与单位 | 注意 |
|---|---|---|
| ρ | 液体密度,kg/m³ | 不是容器材料密度 |
| g | 当地重力与质量的比值,N/kg | 按题给值 |
| h | 从自由液面到研究点的竖直深度,m | 不是斜管长度、离地高度或距底高度 |
| p | 液体产生的压强,Pa | 通常指相对液面的压强增量 |
公式适用于静止、密度近似均匀的液体。若问包括表面气压的总压强,还要加上液面所受气压;本章一般求液柱产生的增量。固定ρ、h时,不由液体总质量、容器粗细或形状直接决定p。

图甲A的深度为50−20=30 cm;图乙B取竖直40 cm,不取沿管50 cm;图丙C从相通的自由液面计深度50 cm;图丁a、b、c依次变浅,故同液中压强依次减小。

探头橡皮膜把压强变化传给密闭管内空气,推动U形管显示液。液面高度差越大,反映的压差通常越大;不能只读某一侧的绝对液面高度。
正常压强计一端连接密闭探头,并非两端都受相同大气压的普通连通器。
上端开口、下端连通的容器称为连通器。同种液体静止、各液面受相同外界压强时,液面相平。

下方同一水平位置的液体压强相等;同ρ、同表面气压时,两侧ρgh相等,故液面等高。若两端气压不同、液体不同或仍在流动,就不能机械套“相平”。茶壶、水位计、水塔等可按相应条件理解。
| 研究因素 | 控制不变 | 改变 |
|---|---|---|
| 深度 | 同种液体、探头朝向 | 探头竖直位置 |
| 方向 | 同种液体、同一深度 | 橡皮膜朝向 |
| 被测液体密度 | 深度、朝向 | 杯中的液体 |
杯中被测液体与U形管显示液不是同一个角色。对同一被测压差,Δp=ρ管gΔh,显示液密度越小,液面差越大,读数可更明显。
题目
如图,小明将压强计的探头放入水中某一深度处,记下U形管中两侧液面的高度差 h 。下列操作能够使高度差 h 增大的是()

A. 将探头向下移动一段距离
B. 将探头水平向左移动一段距离
C. 将探头放在酒精中的同样深度处
D. 将探头在原深度处向其他方向任意转动一个角度
解析
A下移探头增加水中深度,压强增大,U管液面差增大。B同深度水平移动、D同深度转向,都不改变该处压强;C改为密度较小的酒精且深度相同,压强反而减小。
本题结论
A。
题目
在“探究液体压强与哪些因素有关”时,同学们根据生活经验,提出如下猜想:
①可能与深度有关;②可能与方向有关;③可能与液体密度有关。

(1)请写出能支持猜想①的一个生活现象:。
(2)为了验证猜想,他们利用图所示的装置进行实验。实验前,应观察U形管两侧液面是否。
(3) 比较图中 ____ 两次实验可得出液体压强与深度的关系; 比较乙、丙两次实验可得出: 同种液体内部同一深度, 液体向各方向的压强 。
(4)为探究液体压强与液体密度的关系,他们将探头放入另一杯浓盐水中,使探头在盐水中的朝向及____与图乙相同,观察比较U形管两侧液面高度差。
(5)为使 U 形管两侧液面高度差更明显,可将 U 形管中的液体换成密度(选填“更大”或“更小”)的液体。
解析
(1)可举拦河大坝下宽上窄,反映深处液体压强更大。
(2)未加压时U管两液面相平。
(3)甲、乙同水同朝向、深度不同,研究深度;乙、丙同水同深度、朝向不同,表明各方向压强相等。
(4)换浓盐水研究密度,深度和朝向都须与乙相同。
(5)同一被测压差下,显示液密度更小,产生相同压差所需的高度差更大。不要把更换杯中液体与更换显示液混为一谈。
本题结论
(1)拦河大坝下宽上窄。(2)相平。(3)甲、乙;相等。(4)深度。(5)更小。
同种液体比深度;同深度比密度;两者都变化则比较ρh。若题给质量相同,可先用ρ=m/V确定密度关系,再回到静液公式。
题目
如图所示, 甲、乙两支完全相同的试管内分别装有质量相等的不同液体, 甲试管倾斜、乙试管竖直, 两试管内液面相平。甲试管内的液体密度为 ρ甲 , 液体对试管底部的压强为 p甲 ; 乙试管内的液体密度为ρ乙 ,液体对试管底部的压强为 p乙 ,则 ρ甲 ____ ρ乙,p甲 ____ p乙 。

解析
甲、乙管底处于同一水平基准且液面相平,竖直深度相同。甲倾斜,装入的液体体积较大;质量相同,由ρ=m/V得ρ甲<ρ乙。深度和g相同,p=ρgh,所以p甲<p乙。沿管长度不是所求深度。
本题结论
<;<。
计算前先画自由液面水平线,再从该线竖直量到研究点。水管绕行多少、研究点离地多高,都不能直接当h;关闭水龙头还为静液计算提供了条件。
题目
某居民楼水塔液面与各楼层水龙头的竖直距离如图所示, 若 ρ水=1.0×103 kg/m3 , g 取 10 N/kg, 水龙头关闭时, c 处所受水的压强为 ()

A. 3.0×104 Pa
B. 9.0×104 Pa
C. 1.0×105 Pa
D. 1.3×105 Pa
解析
自由液面到d为10 m,d到c为3 m,故 hc=13m。pc=1000×10×13=1.3×105Pa,选D。3 m只算一层,10 m只到d,离地高度也不是深度。所求是水柱产生的压强,不另加大气压。
本题结论
D。
| 所求界面 | 先算什么 | 再算什么 |
|---|---|---|
| 液体对容器底 | p=ρgh | F底=pS底 |
| 容器对水平桌面 | 无其他竖直作用时,F地=G容器+G液体 | p地=F地/S接触 |
上宽下窄的容器,侧壁可承担一部分液体作用,底压力可小于液体重力;上窄下宽时则可能大于液体重力。只有相应竖直等截面容器等条件下,才可直接得到底压力等于液体重力。
题目
如图所示,铁桶重为 10N , 桶的底面积为 100cm2 , 往桶里倒入 2.5kg 的水, 水深 15cm , 铁桶平放在水平桌面上, 求: (水的密度为 1.0×103kg/m3 , g 取 10N/kg )
(1) 水对桶底的压强;
(2) 水对桶底的压力;
(3)水平桌面受到桶的压强。

解析
(1)水深15 cm=0.15 m,p底=1000×10×0.15=1500Pa。
(2)底面积100 cm²=0.01 m²,F底=1500×0.01=15N,不能直接取水重25 N。
(3)桌面承受桶水总重 10+2.5×10=35N,压强 35/0.01=3500Pa。水对底的15 N与整体对桌面的35 N是不同界面的压力。
本题结论
(1)1500 Pa。(2)15 N。(3)3500 Pa。