实验一 静水压强实验

1.1实验目的和要求

1. 掌握用测压管测量静水压强的方法，通过对水静力学现象的实验分析，加深理解水静力学方程的物理意义和几何意义，提高解决实际问题的能力。

2.观察在重力作用下液体任意点的位置水头Z、压强水头p?和测压管水头Z?p?，验证不可压缩流体静力学的基本方程；

3.测量当p0?pa、p0?pa和p0?pa时静水中某一点的压强，分析各测压管水头变化规律，加深对绝对压强、相对压强、表面压强、真空压强和真空度的理解；

4.学习测量液体比重的方法；

1.2静水压强实验的原理

在重力作用下，处于静止状态下不可压缩的均质液体，其基本方程为 Z1?p1??Z2?p2????C （1-1）

式中，Z为单位重量液体相对于基准面的位置高度或称位置水头；p?为单位重量液体的压能或称压强水头；p为静止液体中任意点的压强；?为水的重度；Z?p?称为测压管水头。

方程（1-1）的物理意义是：静止液体中任一点的单位位能和单位压能之和为一常数，而

Z?p?表示单位重量液体具有的总势能，因此也可以说，在静止液体内部各点的单位重

量液体的势能均相等。几何意义是：静止液体中任一点的位置高度和该点压强的液柱高度之和为一常数。

静水压强方程也可以写成

p?p0??h （1-2） 式中，p0为作用在液体表面的压强；h为由液面到液体中任一点的深度。上式说明， 在静止液体中，任一点的静水压强p，等于表面压强p0加上该点在液面下的深度h与液体容重?的乘积之和。表面压强遵守巴斯家原理，等值地传递到液体内部所有各点上，所以当表面压强p0一定时，由式（1-2）可知，静止液体中某一点的静水压强p与该点在液面下的深度h成正比。

如果作用在液面上的是大气压强pa，则式（1-2）可写为

p?pa??h （1-3） 上式说明当作用在液面上的压强为大气压强时，其静水压强等于大气压强pa与液体重度?和水深h乘积之和。这样所表示的一点压强叫做绝对压强（当液面上压强不等于大气压强时以p0表示）。绝对压强是以没有气体存在的绝对真空为零来计算的压强；如果以当地大气压强为零来计算的压强称为相对压强，可以表示为

p??h （1-4） 相对压强也叫表压强，所以表压强是以大气压强为基准算起的压强，它表示一点的静水压强超过大气压强的数值。

如果某点的静水压强小于大气压强，我们就说“这点具有真空”。其真空压强pv的大小以标准大气压强和绝对压强之差来量度，即

pv=大气压强-绝对压强 （1-5） 当某点发生真空时，其相对压强必然为负，故把真空又称为负压，真空度也就等于相对压强的绝对值。 1.3静水压强实验的仪器 静水压强实验仪由盛水密闭圆筒容器、连通管、测压管、U形管、气门、调压筒和底座组成，如图1-1所示。U形管中可以装入不同种类的液体，以测定不同种类液体的比重。 图1-1 静水压强实验仪 1.4静水压强实验的方法步骤 1.在U形管中装入需要量测重度的液体，可以是油或者是其它液体。 2.了解仪器组成及其用法，包括加压方法、减压方法。检查仪器是否密封，检查的方法是关闭气门，在调压筒中盛以一定深度的水，将调压筒上升高于密闭圆筒容器，待水面稳定后，看调压筒中的水面是否下降，若下降，表明漏气，应查明原因加以处理。 3.记录仪器编号NO及各测压管编号。选定基准面，记录基准面到各测压点的高度。 4.打开密闭圆筒容器上的气门，使箱内液面压强p0?pa，记录1、2、3、4、5点测压管水面高度。 5.关闭气门，升高调压筒，使箱内液面压强p0?pa，待水面稳定后，观测1、2、3、4、5点测压管水面高度。

5.降低调压筒，使箱内液面压强p0?pa，待水面稳定后，观测1、2、3、4、5点测压管水面高度。

6.实验完后将仪器恢复原状。

1.5数据处理和成果分析

1.实验记录

实验设备名称 仪器编号 同组学生姓名

已知数据 Z1? cm Z2?Z3? cm 2.实验数据记录及计算成果 p1项 目 p2?? p3?(cm p4? p5? ?h1 ?h2 (cm) (cm) p0? Z1?p1?Z2?p2??油 kg/m3 (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) p0?pa p0?pa p0?pa 注：?h1 ?p2?p3?；?h2?p5?p4?p2

3.由表中计算的Z1?p1?和Z2??，验证静水压强方程。

4.由表中的

p0?计算圆筒容器内水的表面压强，即p0???p0?

5.计算U形管中油的重度?油。（注：本实验把油改为水）

设在p0?pa式， 2#测压管和3#测压管的水面差为?h1 ，U形测压管的水面差为

?h2，则

p0???h1??油?h2

由上式可得

?油???h1 ?h21.6实验中应注意的问题

容器的密闭性能要保持良好状态，实验时仪器底座要水平。