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1、第5頁共5頁創(chuàng)建時間：2005/4/421:03:00初中物理靜流體壓強宏觀解釋的思考（下）王紹符(河北大學附中071002)三、對液體壓強宏觀解釋的思考液體比氣體復雜得多，它的分子結(jié)構近程有序，與氣體、固體比較更接近于固體．固體的形變有多種形式，拉伸、壓縮、扭曲、剪切等等，無論發(fā)生哪一種形變都有相應的應力產(chǎn)生．氣體和液體可以毫無應力地改變其形狀，但在體積壓縮方面氣體、液體則有與固體一樣的性質(zhì)[蘇]Н.Д.巴巴列克西.物理學教程.郭耀松驛.高教出版社，1954年上海版.氣體和液體由于體積的壓縮而引起的應力就是壓強．因之壓強的擠壓解釋不僅適用于氣體也適用于液體.但是對液體壓強的微觀解
2、釋比氣體要困難得多．液體與氣體不同，雖然它沒有一定的形狀但有一定的體積，而且難于壓縮．液體內(nèi)的壓強也是由分子的熱運動產(chǎn)生的，在通常的情況下與氣體不同的是液體分子之間的相互作用力不可忽視．范德瓦爾斯方程(8)對通常的液體近似適用．式(8)中的a是考慮到分子引力而設的改正量，b是考慮到分子本身的體積而設的改正量．方程(8)描述的是1摩爾物質(zhì)各物理量之間的關系．依此方程計算在0℃時的水分子引力形成的壓強()達17000倍的標準大氣壓[蘇]С.Э.福里斯，А.В.季莫列娃.普通物理學.梁寶洪譯.東北教育社，1952年版．這個壓強叫做分子壓強，記作pi，即pi＝．其他液體此壓強也都在104倍
3、的標準大氣壓的數(shù)量級．設想在液體中任取一平面，則此平面處兩邊分子間存引力的同時也存在著斥力，在通常的情況下斥力壓強pr和引力壓強pi的數(shù)量級都在104倍的標準大氣壓，而斥力壓強pr稍大于引力壓強pi.這兩個壓強值均無法單獨測量，而其差值是我們能測到的液體內(nèi)部的壓強p陳光旨.物態(tài).科學出版社，1983年第二版．為了理解這一點，只要看一看我們所熟悉的液體壓強計算式就可可一目了然．在通常情況下液體內(nèi)深h處的壓強(9)其中王漠顯.物理學.人民教育出版社，1983年第二版(10)而p0為液面處的壓強，若液面與大氣相通，則此值為大氣壓強；是由重力作用引起擠壓產(chǎn)生的壓強．wangshaofu第5
4、頁2021/7/13第5頁共5頁創(chuàng)建時間：2005/4/421:03:00正是由于通常情況下液體內(nèi)的分子斥力略大于引力，因而難于壓縮，如壓縮則斥力急劇增大．使液體體積擴張，則導致分子引力增大，也是困難的．所以通常的液體保持一定的體積．液體與氣體另一個不同之點是液體存在表面，表面層有指向液體內(nèi)部的壓強，這與上述pi是一致的．另外液體表面的凸凹在影響液體壓強方面也扮演著重要角色，凸的表面產(chǎn)生正的附加壓強，凹的表面產(chǎn)生負的附加壓強．實驗表明凹的表面對液體的體積有擴張作用．這對正確解釋初中物理常做的證明大氣壓存在的演示實驗——覆杯實驗、水膜粘合玻璃片實驗——是不可忽視的．液體的表面層形成對
5、液體的自我束縛、自我擠壓，液體總是處于緊張狀態(tài)，所以即便沒有容器，沒有重力及其他外來作用，液體內(nèi)仍存在著壓強．液體的微觀結(jié)構復雜，壓強的微觀解釋困難，但并不妨礙從宏觀上以擠壓對其壓強進行解釋．液體的可壓縮性很小，并不是絕對不可壓縮．以水為例，在通常情況下大約每增加1倍的標準大氣壓的壓強，可使水的體積減小原體積的4.6×10-5．一切液體在或大或小的程度上總是可以壓縮的．當液體體積被壓縮時就要產(chǎn)生壓力，這就是液體的彈性力，液體越被壓縮它的壓力就越大[蘇]Г.С.蘭茨別爾格.初等物理學.王子昌譯.上海教育出版社，1956年版.從這里可以看出，前面說過的作為彈性作用的壓強，也就是斥力壓強
6、與引力壓強的差值p=pr－pi隨著壓縮程度的增加,斥力壓強pr增大而增大．圖3液體和氣體一樣，在沒有重力作用下，其分布是均勻的，各處壓強大小相等．如圖3所示，容器中被封閉在活塞下的液體，在沒有重力的情況下受到彈簧的作用而發(fā)生擠壓．設彈簧的壓力為F，活塞的面積為S，則液體上表面處受到的外加壓強為(11)如果從活塞處的液面向下取一立方體液塊，且此液塊上表面與活塞面密合．依平衡條件不難證明立方體液塊的下表面處的壓強必與上表面處的壓強相等．所取液塊可以任意大小，都不會改變這個結(jié)論．對氣體也是如此，這就是帕斯卡原理．由此可見在沒有重力作用的情況下，液體(或氣體)內(nèi)各處的擠壓程度一樣，各處的壓
7、強相等．在重力（徹體力）作用下，液體和氣體一樣遵從玻耳茲曼分布律姜國渭，張素德.熱學.河北教育出版社，1984年版，沿豎直方向產(chǎn)生不均勻分布．即在同一水平各處擠壓程度—樣，而沿豎直方向越往深處擠壓越甚．所以在水平方向各處壓強相等，而隨著深度的增加壓強增大．在初中物理課程中采用液體壓強的擠壓解釋可以避免傳統(tǒng)重力解釋帶來的誤解和困惑．教科書中應說明不管是什么原因只要液體發(fā)生擠壓則產(chǎn)生壓強，而且壓強的大小由擠壓程度決定．液體自身所受重力使液體的擠壓越深越甚，而在同一深度處擠
