探究连通器原理及其应用

探究连通器原理

青岛第六十三中学初三十班刘瑶

指导教师青岛第六十三中学宋晓霞

一、【问题提出】

在生活中，我们经常会在小山谷中看到美丽的山泉，特别在一次去济南的旅行中，济南的地形引发了我对山泉形成的好奇，于是决定探究一下与它相关的物理知识……

二、【猜想假设】

我猜想喷泉是用了连通器原理。我们知道，济南是一个盆地，具有两边高中间低的地势，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。如图：

三、【知识链接】

在课堂上我们学到：

①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

四、【理论依据】

我认为连通器的原理可以用前面学过的压强的知识解释。由液体压强特点可知：液体压强特点只与液体的密度和深度有关，和它的液体体积、重力等其它因素无关，每个连通器的形状、大小、粗细等各有差异，然而当液面相平时，个容器内液体产生的压强相等。

具体证明如下：

如右图所示：假设在连通器的下部正中间有一块薄膜CD，设它的面

积为S，由于是同种液体且不流动，故薄膜CD是静止的。而薄膜CD左右

的液体都会给它一个力，向左向右的力恰好平衡，所以F向左 = F向右.

由压强公式P=F/S可知P左S=P右S,P左=P右，因为液体内部压强只与

液体的密度和深度有关，那么P=ρgh,则ρgh左=ρgh右，即h左=h右,所

以液面是相平的

五、【探究实验】

实验一：

实验器材：2根：“L”形透明吸管，一杯水、一把刻度尺、一根针口较

粗的针管。

实验步骤：①我先是将一根吸管长的部分插入另一根吸管长的部分，

使其交叉，形成了一个连通器的形状（做成了自然喷泉的地形）如图。

②我在两吸管所组成的长边上用针尖扎了一个小孔儿

③我用针管吸了一些水向吸管射去，用刻度尺量，重复试验三次，

两液面高度记录如下：

实验现象：有像喷泉的水从小孔中喷射出。

实验二：

实验器材：实验一的器材和一杯油

实验步骤：①我先是将一根吸管长的部分插入另一根吸管长的部分， 使其交叉。

②我用针管吸了些煤油注入吸管，又吸了一些水向吸管左侧射去，使两液面

相平。

实验现象：6分钟后有明显的部分水进入右侧.

实验分析：因为两管中装入的是不同液体，所以密度不同且ρ水>ρ煤油，根据

P=ρgh ，由于它们的两液体相平，所以h 相同，所以P 左>P 右。我

们假设下部正中间有一块薄膜，那么它受左面、右面液体的压力

将是F 左>F 右，那么部分水将经过薄膜到达右侧，直到它们的压强

相等。

六、【得出结论】

结论1：连通器中如果只有一种液体，在液体不流动时，连通器容器液面保持相平。

结论2：自然喷泉的原理就是连通器的装置图。

结论3：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。

结论4：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。

结论5：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。

七、【生活中的连通器】

连通器在生产实践中有着广泛的应用，大到水渠的过路涵洞、牲畜的自动饮水器、水位计，小到日常生活中所用的茶壶、洒水壶酱油瓶等都是连通器。世界上最大的人造连通器是三峡船闸和自来水水塔。图片如下：