U 形管压力计：高度压力差
1·预测
U 形管的两侧不同高度处装有水，两端都通向空气。什么决定了两根柱之间的压力差？
- 压力差取决于管中的水总量。
- 只要两侧都与空气相通，就不会有压力差。
- 压力差仅取决于两侧的高度差。
2·设置
- 打开「U 形管压力计：高度压力差（fluid-utube）」预设并按重置。 U 形管左右两侧的水位不同。
- 启用压力差读数。
- 为每次试验设定左右两侧的水位高度，并记录压力差读数。
3·收集数据
| 左侧高度 h_L (m) | 右高h_R (m) | 压差ΔP (Pa) |
|---|---|---|
| 0.10 | 0.16 | |
| 0.08 | 0.20 | |
| 0.05 | 0.22 |
针对三次试验，绘制ΔP（y轴）相对高度差h_R − h_L（x轴）的关系图。直线是否为一条直线？
4·分析
- 对于其中一次试验，使用水的密度1000 kg/m³及g = 9.8 m/s²，计算ΔP = ρg(h_R − h_L)，并与读数比较。
- 您的三个试验使用不同的绝对高度，但使用相同的模式。解释为什么 ΔP 仅取决于高度差，而不取决于管子的整体填充程度。
5·扩展
- 水银气压计采用相同的原理，但用汞（密度为 13,600 千克/立方米）代替水。对于相同的高度差，压力差比水大还是小？大致是由什么因素决定的？
- 潜水员潜得越深，就会感到压力越大。使用 ΔP = ρgΔh 解释为什么水下 10 m 处的压力大约是 5 m 处压力的两倍。
这个实验背后的物理原理
静水压力
流体中的压力随深度线性增加：P = ρgh。在两端都向空气开放的 U 形管中，两根柱子之间的压力差完全来自于它们的高度差。