连通器原理Word版

连通器原理主讲人：黄冈中学高级教师方红梅一周强化一、一周知识概述在学习了液体的压强特点及计算公式的基础上，本周我们探讨有关液体压强知识的应用。第一课时学习连通器及其原理；第二课时用连通器原理解释日常生活、生产、交通、自然中的相关物理现象，例如茶壶、船闸、喷泉等；第三、四课时讲解当连通器里注入两种不同液体时的相关问题。本周知识实质上是对液体压强知识的复习，望特别关注，下周将学习大气压强。二、重难点知识归纳及讲解（一）、连通器及其原理1、什么是连通器：上端开口，下部相连通的容器。2、连通器原理：连通器里的水不流动时，各容器中的水面总保持相平。3、连通器水面相平的原因。如图所示，设想容器底部有一薄塑料片CD，当液体不流动时，薄片CD处于静止，则其受力平衡，即F左=F右，F左是薄片左边的液体对它的压力，F右是薄片右边的液体对它的压力。可知P左·S左=P右·S右，对于薄片CD，其受力面积一定，即S左=S右，故P左=P右，由液体压强公式得：左gh左=右gh右。当连通器里注入的是同种液体（例如水）时，左=右，得：h左=h右，即液面（水面）相平。 特别注意：要判断连通器中各液面是否相平时，首先要知道连通器里装的是不是同种液体。如果连通器里装有不同的液体时，要进行讨论：（1）、以两种液体为例，如果装入的两种液体密度大小相同，则液面最终会相平；（2）、如果两种液体密度大小不同，但相互间可互溶，可构成均匀的混合液，则液面依然相平；（3）、如果连通器里装有密度不同的且不混合的液体，连通器液面不相平。例1、如图所示，一U型管下端有一个阀门，阀门开始时关闭，U型管一侧装有煤油，另一侧装有水，并且两液面相平，那么当把阀门打开时，将会发现_。推荐精选解答：首先判断U型管是一个连通器，因两管中装入的是不同液体，且密度大小关系水>煤油，根据P=gh，由于液体相平，即h相同，所以P左>P右。在阀门处取一薄液片，则其受左、右液体的压力F左>F右，当打开阀门时，部分水将经过阀门到达右侧，直至压强相等。注意：此题中打开阀门时，部分水将流入右管。当连通器中的液体不流动时，知左管中水面比右管中煤油液面要低一些，应满足水gh左=煤油gh右，h左和h右指的是水和煤油的分界面到水面、油面的竖直高度。例2、如图所示，U型管内装有水银，向右管中倒入一定量的水后，两管中水银面相差2cm，求此时两管的液面高度差是多少？解析：由连通器原理可知，当水和水银静止时，U型管两侧液体压强应相等，如图所示，设水和水银的交界面为MN，水面、水银面到MN的距离为h1、h2。P左水银g(h2h3)水银gh2水银gh3P右水gh1水银gh4又因为h3=h4,则有水银gh2=水gh1将已知量代入可求得·h2=13.6h2=13.6×2cm=27.2cm则两管中液面高度差为h=h1h2=27.2cm2cm=25.2cm反思：推荐精选此类题关键是根据连通器原理，抓住液体静止平衡时U型管左、右两侧压强相等的规律列方程求解。如果出现两种或两种以上液体时，一般以两种液体最低交界面为平衡面，列平衡面上方两侧液柱压强等式，代入已知量算出未知量或h。例3、根据图中所示各容器两侧管中液面的高度，判断同一容器中的两种液体的密度大小。（选填“>”、“<”或“=”）A图中A_B;B图中A_B；C图中A_B;D图中A_B。解答：分别取两种液体的交界面为平衡面，应满足P左=P右，即AghA=BghB对A图：hA<hB,则可知A>B。同理，B图、C图中hA=hB,则A=B；D图中hA>hB,则A<B。点评：本题告诉我们一种比较液体密度大小的方法，如果将此题作一些改变，题中已知A、hA、hB，则可以求出液体的密度B，因此连通器也可用来测定液体的密度。（二）、连通器在生活、工农业生产、交通等方面的应用。1、茶壶：壶嘴应略高于壶口，不然茶壶不能装满茶水。2、工业锅炉内水位计：锅炉内水位不能直接观察，用与锅炉连通的玻璃管制成连通器，则管内与锅炉水面相平。3、农田输水管：有的地方把农田输水管埋在地下，穿过公路，这也是利用连通器原理。（农业涵洞见在线测试6）4、船闸：在船闸整个工作过程中，当打开上游阀门时，上游和闸室构成连通器；当打开下游阀门时，下游和闸室构成连通器。例4、图中是轮船通过船闸时的示意图，可以知道下一步先打开的是_，再打开的是_。解答：由图中轮船船头指向可知船是从上游驶往下游的，而且已经进入闸室。此时，应打开阀门B，则闸室与下游构成连通器，水从闸室流向下游，当闸室中水面与下游相平时，闸门D打开，船驶往下游。推荐精选点评：要知道船闸有两个闸门、两个阀门；知道船从上游驶往下游（或从下游驶往上游）时各阀门和闸门的开、闭顺序；理解船闸整个工作过程中两次构成连通器。例5、洗手池的排水管如图所示，为什么设计成弯曲的？答案：排水管弯曲的部分实际上是一个连通器，水池的水排出后，弯管会存留一定量的水，这样管中存留的水帮助我们隔绝了地下水道中的臭气进入室内的通道。另外，万一洗手池中有一些堵塞的异物，它们将停留在弯曲的管道中而不致堵塞地下水道。并且，这段弯管往往做成活动连接或底部装有可取的塞子，很容易从这里打开清理管道中堵塞的杂物。中考解析（一）、中考要求由于连通器是液体压强知识在实际中的重要应用，在中考中经常出现以连通器为命题情景，以连通器原理为依据，考查液体压强的计算的试题。另外，运用连通器原理判断、解释物理问题也是中考热点。（二）、中考试题例说例1、（河南）三峡船闸是世界上最大的人造连通器，图中是轮船通过船闸的示意图，此时上游戏阀门A打开，下游阀门B关闭，下列说法正确的是（）推荐精选A闸室和上游水道构成连通器，水对阀门A两侧的压力力相等B闸室和上游水道构成连通器，水对阀门A右侧的压力大于左侧的压力C闸室和下游水道构成连通器，水对阀门B右侧的压力大于左侧的压力D闸室和上游水道构成连通器，水对阀门B两侧的压力力相等答案：A解析：底部相连的通容器，才能叫做连通器，由题图可知：当阀门B闭合，A打开时，闸室与上游构成连通器，与下游不构成连通器，C、D两项错；图中闸室与上游液面相平，所以对阀门A产生的压力相同，故正确。例2、（福建莆田）树叶落在马路上，当一辆高速行驶的汽车驶过路面时，树叶将（）A从路中间飞向路边 B只向上扬C从路旁被吸向汽车 D不受影响答案：C解析：气体流速越大的地方压强雨点小，当一辆高速行驶的汽车驶过路面时，车身周围的空气流速大压强小，在周围大气压的作用下，树叶就从路旁被吸向汽车。例3、（哈尔滨）某同学利用自制水气压计（如图）观察大气压随高度的变化。他拿着气压计从楼下走到楼上的过程中，细管中的水柱将_，由此可知_。答案：逐渐升高（上升） 离地面越高，大气压越小（大气压随高度的增加而减小）解析：拿着气压计从楼下走到楼上的过程中，离地面高度增加，大气压减小，瓶内气压与大气压的差值变大，所以水柱逐渐升高。例4、（山东威海）某中学科技创新兴趣小组制作出如图甲所示的水火箭。实验器材有：饮料瓶、气筒、自行车气门、铁丝、橡皮塞、水等。水火箭构造如图乙所示。原理如下：在瓶中装适量的水，塞好瓶塞后放在发射架上。用气筒向瓶内打气，瓶内上方气体压强达到一定程度，高压气体将水和橡皮塞从瓶口压出，水的反冲作用把瓶推向高空。推荐精选（1）水火箭升空原理可利用我们所学过的_知识来解释。从能量转化角度来看，水火箭的动能是由高压气体的_能转化来的。（2）实验后小明提出了问题：水火箭上升的高度与什么因素有关呢？猜想a：瓶塞插入尝试不同；猜想b：可能与瓶中水的体积有关；猜想c：可能与瓶子的开关有关；你认为影响因素除上述三点外可能还与_有关（写出一条）（3）选用同一可乐瓶，瓶中水量为300mL，实验发现，瓶塞插入尝试不同，用气筒充气次数就不同（设每一次充入气量相同），目测记录实验数据如下表。瓶塞塞入尝试浅深更深高度(m)3612可难水火箭上升高度与_有关的猜想是正确的。答案：（1）物体间力的作用是相互的内（2）瓶中气体的压强（或瓶子质量、风速大小、空气阻力、瓶子的容积等）（3）瓶塞插入尝试（或瓶内气体压强、或猜想a）解析：（1）水火箭是水的反冲作用把瓶推向空的，所以应用物体间力的作用是相互的来解释。水火箭的动能是由高压气体的内能转化来的。（2）由水火箭结构可知大致有：瓶塞、瓶、水、高压气体，而猜想a、b、c分别就瓶塞、水及瓶子提出，所以还可以根据瓶内气体进行猜想。（3）由题设及表格数据易知：水火箭上升高度与瓶塞插入深度有关。例5、 如图所示的连通器，甲管的横截面积是2cm2，乙管的横截面积是0.5cm2，连通器中装有一些水，水面高度是15cm，现向甲管中装入10cm3的水，问甲管中水面的高度是多少？对甲管中间距管底8cm处的M点的压强增加了多少？解析：甲管中注入V=10cm3的水，根据连通器原理，静止后两管液面仍然是相平的，可知甲、乙两管水面升高的高度h相同，且满足关系式V=（S甲S乙）·h，则甲、乙两管中水面高度变为h=hh=15cm4cm=19cm，M点增加的压强P=gh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.04m=392Pa拓展：推荐精选此题若改为“向甲管中注入10cm3的煤油，其它条件不变，且甲管中仍有水，求乙管中水面到管底的距离是多少？”呢？（煤油=0.8×103kg/m3）第一步：作出示意图，MN为煤油和水的交界面，h1为MN上边甲管中煤油柱的高，h2为乙管中（MN上方）水柱高。第二步：求出h1,h2。、已知煤油体积V油=10cm3，则、由连通器原理，对MN平衡面有P左=P右，即煤油gh1=水gh2，得h2=4cm.第三步：求出h4(h3).根据水的体积不变列等式，未加煤油时水面高为15cm，则V水=h水（S甲S乙）=15cm×(2cm20.5cm2)=37.5cm3;加煤油后，V水=S甲·h3S乙(h2h4)=S甲·h4S乙（h2h4）=h4(S甲S乙)S乙h22.5cm2×h42cm3=37.5cm3乙中水柱高h乙=h2h4=18.2cm例6、图示为喷泉的示意图，试解释喷泉为什么会涌出？解答：由于地形关系，喷泉两端有较高水位，与喷泉出口处构成了连通器。根据连通器原理，为了追求“液面相平”，水会从出口处喷出。 （注：可编辑下载，若有不当之处，请指正，谢谢!） 推荐精选