实验1-静水压强实验.doc

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、压强水头和测压管水头，验证不可压缩流体静力学的基本方程；
3.测量当、和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
（1-1）
式中，为单位重量液体相对于基准面的位置高度或称位置水头；为单位重量液体的压能或称压强水头；为静止液体中任意点的压强；为水的重度；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
（1-2）
式中，为作用在液体表面的压强；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，等于表面压强加上该点在液面下的深度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，所以当表面压强一定时，由式（1-2）可知，静止液体中某一点的静水压强与该点在液面下的深度成正比。
如果作用在液面上的是大气压强，则式（1-2）可写为
（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与液体重度和水深乘积之和。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
（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”。其真空压强的大小以标准大气压强和绝对压强之差来量度，即
=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，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，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，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 cm cm
2.实验数据记录及计算成果
项 目
(cm)

(cm)
(cm

(cm)

(cm)

(cm)

(cm)

(cm)
(cm)
(cm)

kg/m3

注：；
3.由表中计算的和，验证静水压强方程。
4.由表中的计算圆筒容器内水的表面压强，即
5.计算U形管中油的重度。（注：本实验把油改为水）
设在式， 2#测压管和3#测压管的水面差为 ，U形测压管的水面差为 ，则

由上式可得

1.6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。
思考题
1.表面压强的改变，对1、2两点的压强水头有什么影响，对真空度有什么影响？
2.相对压强与绝对压强、相对压强与真空度有什么关系？
3.U形管中的压差与液面压强的变化有什么关系？
4.如果在U形管中装上与密闭容器相同的水，则当调压筒升高或降低时，U形管中的变化与的变化是否相同。

静水压强实验 实验报告
一 实验目的
1.
2.
3.
……
二 实验原理

三 实验仪器名称及编号

四 数据处理与成果分析
1.已知数据 cm cm
2.数据记录与计算成果
项 目
(cm)

(cm)
(cm

(cm)

(cm)

(cm)

(cm)

(cm)
(cm)
(cm)

kg/m3

注：；
3.成果分析

五 同组成员姓名