第二节 研究液体的压强实验

处理地下水管堵塞的方法

　　城镇住房大都向高空发展．住在楼上的居民户越来越多．常有家庭出现卫生间、蓄电池水池的下水管拐弯处堵塞的现象．这种现象大多数是由于生活用废水中的泥沙、纤维、食物等沉淀淤积所致．给一些居民带来不必要的烦恼．有的用铁丝、竹杆插好长时间也无济于事．耽误了不少时间．

　　其实，这种问题利用帕斯卡定律是极易解决的．解决时根据堵塞的地方采用不同方法．

　　如果堵塞发生在A处，污水不会殃及二楼住户．可在底层水池中放满水．再用拨浦（一种用橡胶制成的倒碗状并附木柄的工具）压、拔．这时A—C段管腔内成为密闭容器．据帕斯卡定律，水能将约0.5 压强传递到堵塞物上，将其打通．如果没有拔浦这样的专用工具，不妨用手掌在水底打击水池口，在堵塞不严重的情况下，有时也会见效．

　　如果堵塞发生在B处，那么二楼倒下的污水也会从底楼的水池中溢出．这时再用上述方法便无济于事了．因为这时水池中虽然也装满了水，但管的上部开口，不是密闭容器，不可能将压强由水传递到B处．此时，可用橡皮管从自来水龙头上接到水池排水口，并用布将皮管与水池口之间封实，开大龙头放水．由于自来水的压强大约是 左右，所以可使污水管中的水升高到3米左右，利用这水柱的压力，可打通B处的堵塞．

　　倘若B处堵得很死，上述方法还是不能排除堵塞物．那么可请二楼住户协作，一起将水池口堵住，再从楼顶污水管开口处向管内注水．由于二层楼房高度大约6米的水柱可在底部产生大约 的压强．这样大的压强，足以打通一切软质堵塞物了．当你听到咕咚一声响时，一切就恢复正常了．

高血压知识

　　1．什么是血压？什么是收缩压、舒张压？

　　血压是指血管内的血液对于单位面积血管壁的侧压力，又分为动脉血压和静脉血压．平时，我们所谈的血压是指动脉血压．

　　收缩压（SP）又称高压，是心脏收缩时主动脉压急剧升高，在收缩的中期达到最高值的动脉血压，它的正常值是90~140mmHg.．

　　舒张压（DP）又称低压，是心脏舒张时，主动脉压下降，在心脏舒张末期动脉血压的最低值．它的正常值是60~90 mmHg.．

　　2．什么是高血压，它是如何产生的？

　　高血压是指收缩压（高压）超过或等于140 mmHg，或者舒张压超过了90 mmHg．（BP大于等于140/90 mmHg）

　　高血压就是心输出量或外周阻力或二者同时增大所致．

　　故血管硬化或周围血管痉挛缩窄而造成外周血管阻力增大或心输出量增大而引起血压升高，上述病变长期发展，使血压持续升高，并造成血管及心、脑、肾脏器的损害，形成高血压病．

　　3． 高血压病的发病机理？

　　正常情况下，人体血管受神经的支配，神经系统接受各处感受器传来的信息，将血压调控到适合身体需要的范围．

　　然而，由于许多不明因素的影响，如精神紧张，不良的生活习惯，吸烟，嗜酒，高脂，高糖饮食等因素的刺激，造成胆固醇等脂质在血管壁上的沉积，平滑肌细胞增生，肥厚而进一步加重血管粥样硬化，血管腔变窄．日久，神经系统失去对血管的正常调控，造成周围血管长期痉挛缩窄，外周阻力升高，从而血压升高．

　　4．怎样正确测量血压？KPA与mmHg如何换算？

　　我国广泛使用的血压测量方法是应用袖带来压迫血管测量血压，包括汞柱式（台式）、气压表式、电子血压计．患者应在安静、温度适当的环境里休息5-10分钟，一般取坐位，被测者上臂裸露，肘部与心脏在同一水平，上臂与身躯呈45度角，将血压计的袖带松紧适当绑于上臂，袖带下缘距肘部前间隙2cm，充气至桡动脉博动消失后再加压30mmHg，然后逐渐放气．第一听诊音为收缩压，搏动音消失时为舒张压，注意充气不要太多，放气不要太快、太慢，袖带不要太松、太紧，否则均影响血压值．1mmHg=0.133kpa  1kpa=7.5mmHg

　　5． 高血压有哪些临床症状？

　　高血压病早期多无症状或症状不明显．到中晚期，不同患者会出现不同的症状．常见的症状有：头晕、头痛、失眠、注意力不集中，记忆力减退、肢体麻木等等．在精神紧张、情绪激动或劳累后症状可加重．

　　6． 哪些人易患高血压病？

　　高血压病是多种因素所致,根据统计资料分析，发现下列人群易患高血压病：

　　（1） 有高血压病家族史．

　　（2） 用脑过度及长期精神紧张者．

　　（3） 存在不良的生活习惯如长期吸烟和饮酒者,高盐，高糖，高脂饮食者．

　　（4） 长期在噪音大等污染的环境中工作者．

虹吸管的原理

　　水能往高处流吗？按下图所示动手做做看．

　　下图的装置是利用虹吸管的原理来做实验的．图中的胶管左右两段下垂，中央C点最高，形状像彩虹，故称为虹吸管（siphon or syphon）．

　　先用口在出水口吸啜（或用胶泵吸水），把水充满胶管，当胶管充满水之后，就能够自动把整缸水吸出，如图所示．

　　虹吸管为什么能把缸中的水升高到C点呢？这是C点的左段离水面高度比右段小，即 ．虽然A缸中的水面与B桶中的水面都受到大气压 作用着，但由于液体的压力与高度成正比，故管中由C点压向b点的力大于由C点压向a点的力，左右两段的压力就不平衡，故A缸中的水就不断流到B桶中．由于出水口仍然入水口，并没有违背“水向低流”的规律．

　　知道了虹吸管的原理，要换鱼缸的水，可以利用上图装置，把一胶管一端插入水中，另一端垂在缸外，出水口要低于缸底．市场上有很多基于该原理的鱼缸虹吸管装置．．

帕斯卡桶裂实验

　　1648年，著名法国物理学家帕斯卡在巴黎用水和葡萄酒做实验．在12m长的管中盛水之后把结实的新木桶胀破了．这就是历史上有名的帕斯卡桶裂实验．

　　帕斯卡“桶裂”实验可以很好地证明液体压强与液体的深度有关，可是该实验装置高度太高不便在教室里演示，可启发学生思考：能否把所有的装置都相应地缩小呢？答案是否定的．接着再问：管长减小了，液体压强减小了，液体对木桶的压力必定减小；而桶尽管缩小了，但其耐压性几乎不变，桶就不可能裂开，能否用其它物体来模拟“裂桶”呢？学生自然会想到用耐压性较低的物体来代替（如薄塑料袋）．比较装满水的塑料袋在同质量的一杯水与一管水作用下不同情形，液体压强的实质就非常容易理解了．

　　教师可以展示帕斯卡实验的模拟实验：

　　取一个演示液体测压强用的大广口瓶（直径约30厘米，高约40厘米），在瓶下部的侧壁管口用橡皮薄膜扎紧密封，将红色的水从瓶口倒入，随着瓶中水位的升高，侧管的橡皮薄膜渐渐鼓出，可以看到，即使灌满水后，薄膜鼓出的程度也并不十分明显（图1）.这说明虽然瓶中装了很多很重的水，但对侧壁的压强并不很大.再取一根1米长的托里拆利玻璃管，通过打有小孔的瓶塞插入大瓶中，并把塞塞紧密封.让一个学生站到凳子上将烧杯中的水用漏斗渐渐灌入管中（图2），当玻璃管中红色水升高50厘米以上时，只见大瓶侧管的橡皮薄膜大幅度鼓出，现象生动明显.

演示液体压强的实验

　　将U型玻璃管固定在木支架上．其a端连一柔软的橡皮管E，在d端用移液管注入红色液体，充满bc段．现将E管另一端插入容积为1000毫升的量筒内，随着E管逐渐插入，U形管内的红色液柱逐渐右移并升向d端，见图．

　　由于E管内充满空气，当它浸入量筒时，受到水的压强，经传递推动红色液柱移动．U形管cd段液面的高低与E管插入量筒的深浅成正比．可见，E管插入水中越深的地方，压强也越大．整个装置可用来演示水内的压强大小．

液压机之父－帕斯卡与液体压强规律

　　在日常生活中，我们经常看到，没有灌水的水龙带是扁的．水龙带接到自来水龙头上，灌进水，就变成圆柱形了．如果水龙带上有几个眼，就会有水从小眼里喷出来，喷射的方向是向四面八方的．水是往前流的，为什么能把水龙带撑圆？

　　早在几百年前，帕斯卡就注意到这类现象．

　　帕斯卡从小就凡事好问个为什么，而且最爱通过实验来提出自己的新见解．他想，也许水对四面八方都有压强吧？

　　于是他首先设计了一个实验，那就是“帕斯卡球”实验．帕斯卡球是一个壁上有许多小孔的空心球，球上连接一个圆筒，筒里有可以移动的活塞．把水灌进球和筒里，向里压活塞，水便从各个小孔里喷射出来了，成了一支“多孔水枪”．

　　帕斯卡球的实验证明，液体能够把它所受到的压强向各个方向传递．水龙带灌满水以后变成圆柱形，就是因为水龙带里的水把自来水里的压强传递到了带壁的各个部分的结果．

　　细心的帕斯卡并没有就此结束他的研究．他又多次做实验，研究哪个孔喷出去的水最远？结果发现，并没有射得特别远的，距离都差不多．这说明，每个孔所受到的压强都相同．

　　认真的观察使帕斯卡发现了液体传递压强的基本规律，这就是著名的帕斯卡定律．所有的液压机械都是根据帕斯卡定律设计的，所以帕斯卡被称谓“液压机之父”．上海重型机械厂有一台水压机，它能把一个将近百吨重的钢锭像揉面团一样揉来揉去．

观察植物叶的蒸腾作用

　　植物吸收的水分中除1%用于光合作用等细胞生理活动外，99%通过蒸腾作用而散失，即水分通过叶面的气孔蒸发。而要能够观察到植物叶的蒸腾作用，必须应用物理的实验装置。方案有多种，如在生物课的实验中一般使用天平测量蒸腾作用损失的水份的质量。在物理课上可由学生自己设计，请学生自己提出一种方法，制作简单的仪器，再进行实验，观察植物叶的蒸腾作用。下面介绍利用液体压强计原理的装置。

　　实验可采用用塑料针筒、细玻璃管、三通玻璃管等仪器。安装时，把整个玻璃管放入水中，将带叶的植物插入上端管口，不使管中留有气泡。装置在竖直板上后，利用针筒往玻璃管内吸入一个小气泡，接着将玻璃管下端插入玻璃杯的有色水中。这样就能清楚地观察到由于蒸腾作用散失水分而使气泡和有色液体上升的现象。

　　此外，还可以用简易的气体压强计做一些其他的生物学的有趣实验，如，比较小动物的呼吸速率，测定植物的根压，显示植物的光合作用等。

厕所冲洗阀是怎样自动工作的？

　　目前，在公共厕所里普通使用“厕所冲洗阀”．它结构简单，设计巧妙，能定时，自动冲洗．它的工作原理是怎样的呢？

　　如附图，水箱顶部有进水口，底部有排水口内部装有一球冠状的铜制品．球冠口有一个密封的橡胶膜，球冠一侧开有细孔A，另一侧开有较大一点的孔B（ ）．一根弯管一端插入孔B内，另一端与排水口相连，球冠口的橡胶膜有弹性，其上面固定有一块圆形小铁块（直径与排水口相等）以便压住排水口．

　　当水从进水口进水箱时，排水口被橡胶膜压住，不能排水．随着水位上升，水通过孔A流过球冠内，又从孔B流进弯管．由于橡胶膜上下水压相等，仍然压住排水口．当水位继续上升到超过弯管最高点时，水便通过弯管流进排水口排出．由于孔B大于孔A，水通过A孔时又受到较大阻力，压强也有损失，故球冠内水量减少，顶部会出现真空．此时橡胶膜上部压强剧减，下部压强等于大气压强加上水产生的压强，远大于上部压强，橡胶膜上凸，排水口打开，水箱内的水急速排出（约10秒左右排完）．在水箱内水位下降时，球冠内的水由于虹吸现象仍然能通过弯管排出，保持有真空存在，不致使橡胶膜下移，当箱内水排完后，橡胶膜又压住排水口，重新蓄水．如果控制进水口的水流量，便可确定排水周期．如此循环，使厕所能自动，定时冲洗．这就是厕所冲洗阀的工作原理．