一种新型探究液体内部压强规律的实验装置的制作方法

本实用新型涉及中学物理实验装置技术领域，尤其涉及一种新型探究液体内部压强规律的实验装置。

背景技术：

目前，中学物理教材中对液体内部压强的探究主要是利用薄膜发生一定的形变，引起u型管内液体产生不同的高度差这一现象，根据这一现象对液体内部的压强大小进行判断，从而将抽象的液体内部压强转化为具体的可视的液面高度差。虽然这种方式可以达到实验目的，但这种方式也存在一些不足之处：一是u型管需要用铁架台来固定，在固定时，并不能保证u型管是与地面垂直的；二是仅通过u型管内液面高度差来判断液体内部的压强，无法定量分析；三是通过在特定的深度改变探头的方向时，需要手动转换薄膜探头的方向，但不能保证探头一直保持在同一深度。

专利文献cn203118304u公开了一种液体内部压强探究演示仪，该演示仪将探头通过连接杆连接在筛状平衡器上，确保改变探头在液体中的深度时，探头在竖直方向上移动；确保探究同一深度的液体压强而操作探头的方向时，探头在液体的深度保持不变。该文献虽然可以解决上述第三个问题，但是仍存在上述的第一个和第二个问题。

技术实现要素：

针对现有的实验装置大多利用薄膜发生一定的形变，引起u型管内液体产生不同的高度差来探究液体内部的压强，存在不能保证u型管与地面的垂直关系且无法定量分析的问题，本实用新型提供一种新型的探究液体内部压强规律的实验装置，该实验装置进行压强特征检测时，将抽象的压强转化为光强度值，进而实现定量分析；并且无需人为改变探头深度及方向，可有效降低人为因素的干扰，减小误差，实验装置的操作过程简单，通过该实验装置检测的数据的有效性和准确性较高。

本实用新型提供一种新型探究液体内部压强规律的实验装置，该装置包括：光照度计、液体容器、光源、光源固定架、橡胶软管和注射器；

所述液体容器的侧壁包覆有可旋转的不透光纸板、底部开设有通孔；在所述不透光纸板上沿液体容器的高度方向开设有两条对称细缝；所述光照度计用于检测由对称细缝透出的光线的光强度值，所述光线由光源发出，光源固定在所述光源固定架上；所述注射器通过橡胶软管与所述液体容器的底部通孔相连接，在所述橡胶软管上设置有控制阀。

进一步地，所述液体容器为圆柱形，所述通孔开设在底部圆心处位置。

进一步地，所述不透光纸板上设置有刻度线，所述刻度线用于指示液体容器底部与液体容器顶部之间的距离。

进一步地，所述光源为线性光源，光源长度与液体容器的高度相一致，并且沿长度方向的光源两端分别与液体容器的底部和顶部相平齐。

进一步地，所述光源固定架的上端和下端均设置有固定夹，光源通过所述固定夹固定在光源固定架上。

进一步地，所述光照度计采用数字式光照度计。

本实用新型的有益效果：

1、相比于现有的实验装置大多采用探头从上部逐渐深入至液体底部来探究液体内部的压强规律，本实用新型提供的实验装置通过利用气泡在液体的不同高度处的体积大小不同，而不同体积大小的气泡随之对光线的光强度的影响不同，进而导致光照度计在不同高度处的待测点测量得到的光强度值不同这一原理，将抽象的液体内部压强转化为可量化分析的光强度值，实现了对液体内部压强的定量分析，并且能够更直观地观察现象，分析液体内部压强的规律；

2、传统实验中是人为改变薄膜探头的深度以及方向，不易控制，容易造成误差；而利用本实验装置进行实验时，只需推动注射器，打开和关闭控制阀，然后将光照度计放置在待测点处就可以实现液体内部压强在不同高度处的压强特征的检测；接着，通过旋转不透光纸板，重复上述过程，就可以实现液体内部压强在不同方向处的压强特征的检测；操作过程简单，并且由于无需人为改变探头的深度和方向，因此可有效降低人为干扰因素，提高了检测数据的有效性和准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种新型探究液体内部压强规律的实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种新型探究液体内部压强规律的实验装置生成气泡的示意图；

附图标记：1、实验台；2、光照度计；3、液体容器；4、不透光纸板；5、光源；6、光源固定架；7、固定夹；8、控制阀；9、橡胶软管；10、注射器；11、气泡。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型实施例提供一种新型探究液体内部压强规律的实验装置，包括：光照度计2、液体容器3、光源5、光源固定架6、橡胶软管9和注射器10；

所述液体容器3的侧壁包覆有可旋转的不透光纸板4、底部开设有通孔；在所述不透光纸板4上沿液体容器3的高度方向开设有两条对称细缝；所述光照度计2用于检测由对称细缝透出的光线的光强度值，所述光线由光源5发出，光源5固定在所述光源固定架6上；所述注射器10通过橡胶软管9与所述液体容器3的底部通孔相连接，在所述橡胶软管9上设置有控制阀8。控制阀8用于控制所述橡胶软管9的导通与关闭。

作为一种可实施方式，所述液体容器3为圆柱形，所述通孔开设在底部圆心处位置。所述通孔用于生成气泡11，将通孔开设在底部圆心处，可以保证任意角度旋转不透光纸板4均可以使得两条对称细缝形成的平面与所述通孔所在的竖直平面共平面，从而便于透过对称细缝观察气泡11在液体容器3中的上升过程，进而方便光照度计2进行光强度值的检测。

为了方便选择待测点（即利用光照度计2检测光强度值的点），本实用新型实施例在所述不透光纸板4上设置有刻度线，所述刻度线用于指示液体容器3底部与液体容器3顶部之间的距离。实际应用中，也可以将该刻度线称为液体容器3的高度刻度线。

为了确保对称细缝对应液体容器3的不同高度处均被光线均匀照射，本实用新型实施例中的光源5为线性光源5，光源5长度与液体容器3的高度相一致，并且沿长度方向的光源5两端分别与液体容器3的底部和顶部相平齐。

如图1所示，所述光源固定架6的上端和下端均设置有固定夹7，光源5通过所述固定夹7固定在光源固定架6上。

基于图1所示的新型探究液体内部压强规律的实验装置，对应地，本实用新型实施例还提供一种新型探究液体内部压强规律的实验方法，包括如下步骤：

s101：确定液体容器3的摆放位置，并旋转不透光纸板4，使得其中一条细缝朝向光源5；

具体地，将液体容器3和光源固定架6均放置在实验台1上，该实验台1对应液体容器3的底部通孔位置处设置有一开口，以便橡胶软管9可以通过该开口穿出并延伸至实验台1的下部，然后延伸至实验台1下部的橡胶软管9端连接注射器10。

作为一种可实施方式，光源5正朝向不透光纸板4的其中一条细缝，光源5与液体容器3的底部通孔中心处的水平距离为100mm。其中，液体容器3高度约为300mm，直径约为60mm，底部通孔的直径约5mm，不透光纸板4上的两条对称细缝的宽度约3mm；

s102：进行预实验，通过预实验确定注射器10的推动刻度大小与生成的气泡11大小之间的对应关系；

具体地，本步骤是为了确定使用注射器10产生一定大小的气泡11需要推动多少刻度；作为一种可实施方式，注射器10的容量为80ml。

s103：根据刻度线的指示，在另一条细缝对应液体容器3的不同高度处选择若干待测点，然后利用光照度计2检测每个待测点的初始光强度值，并进行记录；

具体地，使用光照度计2测量时，应使探头中心紧贴待测点。作为一种可实施方式，光照度计2采用数字式光照度计2。

s104：先将注射器10内充满空气，然后打开控制阀8，推动注射器10至预设刻度，使得空气经橡胶软管9和底部通孔进入液体容器3以形成气泡11，并在形成气泡11的同时立即关闭控制阀8；如图2所示。

s105：将光照度计2放置在特定待测点，利用光照度计2检测气泡11上升至所述特定待测点所在高度处时的光强度值；

s106：针对同一个特定待测点，重复执行步骤s104至步骤s105若干次，计算得到所述特定待测点处的平均光强度值；例如，针对同一个特定待测点重复测量2到3次，然后计算2次或3次的平均光强度值。

s107：针对每个待测点，重复执行步骤s104至步骤s106，直至得到每个待测点处的平均光强度值；

s108：针对每个待测点，计算其光强度平均值与其对应的初始光强度值的差值。

s109：保持液体容器3不动，将不透光纸板4顺时针旋转120°，并随之调整光源固定架6的位置，使得不透光纸板4和光源5的相对位置不变，并重复步骤3至步骤8；

s110：保持液体容器3不动，继续将不透光纸板4顺时针旋转120°，并随之调整光源固定架6的位置，使得不透光纸板4和光源5的相对位置不变，并重复步骤3至步骤8。

本实用新型实施例中，通过步骤s103至步骤s108可以实现液体内部压强在不同高度处的压强特征的检测；通过步骤s109和s110可以实现液体内部压强在不同方向处的压强特征的检测。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

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