黃根 湯金波

摘?要：本實驗用注射器和軟管改裝的注射器做三個實驗，分別是測量液體密度，控制液體流向和探究取下橡皮帽水會流下來嗎.通過三個實驗可以強化對壓強的理解分析，拓展一種測量液體密度的新思路.

關鍵詞：注射器;測密度;壓強

文章編號：1008-4134（2019）18-0015中圖分類號：G633.7文獻標識碼：B

注射器是我們實驗室常用的實驗器材，在生活中也可以在診所或者網絡上買到.筆者利用改裝注射器完成三個實驗，來看看如何測量液體密度，分析壓強，如何控制液體流向.

1?注射器的改裝與安裝

如圖1所示，注射器底部兩端開孔，各連接一根透明軟管，接頭處用熱熔膠做好密封，在注射器頭部用一個黃色橡皮帽堵住，注射器就改裝完成.用鐵架臺夾住注射器，在鐵架臺上掛一重垂線，軟管下端各放一杯子，可用透明膠把軟管在杯子上固定，杯中裝有液體，實驗裝置即組裝完成.

2?改裝注射器測密度案例分析

2.1?實驗一：測量老抽醬油密度

如圖2所示，注射器活塞向上拉動后，密閉氣體體積變大使得注射器內部和兩邊軟管內氣壓小于大氣壓，在大氣壓作用下兩邊液體被“抽”起來了.因為水的密度ρ1=1.0×103kg/m3，則可利用水的密度已知，將水作為比較液體，利用注射器和軟管內密閉氣體的壓強P與外界大氣壓強P0的關系，求ρ醬油[1]：

P0=P+ρ醬油gh1（1）

P0=P+ρ水gh2（2）

則醬油密度為：

ρ醬油=h1h2ρ水 （3）

此外由于液面上方密閉空氣是相互連通的，所以他們氣壓相等，因此筆者抽動活塞改變液面上方氣壓他們是等大改變的，也就是說上式（1）（2）（3）總是成立的.因此我們就可以多次改變活塞位置，調節(jié)氣壓，并分別測量出兩邊液體高度，計算老抽醬油的密度，取平均值，從而減小誤差.

2.2?實驗二：控制液體流向

如圖1所示，注射器內和軟管中已經抽取了部分水，軟管放在杯中.在左右杯中分別放有被染紅的水和染藍黑色的水.如圖3所示，如果把裝有紅色水的

杯子提起來，會觀察到紅色液體就開始沖上軟管，注射器內水從左向右流動.如圖4所示，反過來當把裝有藍黑色水的杯子提起來紅色放下時，注射器內液體又從右往左流動了.

如圖5所示，分別分析A點和B點壓強.

PA=P0-ρgh1

PB=P0-ρgh2

由于被抬起來h1PB，因此液體向右流動.兩者的壓強差等于ρgΔh，因此左邊抬起的越高，高度差越大，流動的越快.同理把左端放下，右端抬起，自然就是h1>h2，PA

綜上，控制液體流動表面上是抬起杯子，實際上是在調控壓強變化.

2.3?實驗三：取下橡皮帽水會流下來嗎

如圖6所示，問：若此時取下橡皮帽，會有什么情況發(fā)生？

猜測1：由于有液體壓強，注射器中的水向下流出.

猜測2：由于大氣壓可以托起水柱，注射器中的水不會流出.

猜測3：由于大氣壓較大，空氣反而倒灌入注射器，注射器和軟管中的水流出.

筆者通過實驗觀察到取下橡皮帽之后，空氣不斷涌入注射器內，并且注射器內和兩側軟管中的水全部都流了下去.看來猜想3是正確的，這是為什么呢？借助壓強分析不難理解.

如圖7所示，拉動注射器活塞后，其內部氣壓小于大氣壓，水就被吸上來了，此時有P

PA=P+ρ水gh，

似乎由于水的壓強的存在，加起來是可能超過大氣壓的.然而我們分析和A點處于同一水平位置的B點，根據同一深度液體壓強相等可知A、B兩點壓強相等.而B點壓強大小為

PB=P0-ρ水gΔh，則有

PA=PB

因此A點向下的壓強還是小于大氣壓的.如圖8所示，取下橡皮帽后，注射器嘴A點和大氣相連通，其受到向上壓強就等于大氣壓，向上的壓強大于向下的壓強，因此可以看到氣泡不斷地向注射器內涌入.

同時由于氣泡進入使得注射器內部氣壓增大，根據

P0=P+ρ水gh

外界大氣壓不變，內部氣壓不斷增大所以液壓不斷減小，兩側水柱就不斷下降了.

從這個實驗可以總結出幾點壓強分析的小技巧：

（1）某點壓強等于氣體壓強加液體壓強;

（2）相互連通的液體，利用同一平面內壓強相等，把分析的點轉移到合適位置方便分析;

（3）同一個點若可能有動態(tài)發(fā)生，則對其兩個方向的壓強分別分析.

筆者利用改裝注射器，一器多用分別做了三個和壓強、密度有關實驗.給出了壓強分析的小技巧，分析了控制流向的根本原因，給出了測量液體密度的一條新思路.

參考文獻：

[1]王天城.液體密度測量儀[J].物理實驗，2018，38（10）：64.

[2]趙京波.巧借浮力測密度[J].實驗教學與儀器，2017，34（11）：31-33.

[3]魯紅明.密度測量難點突破[J].物理教學探討，2009（17）：7-9.

[4]殷力群.談談測物質密度的原理和方法[J].物理教師，1993（05）：17-19.