改装注射器测密度实验研究

黄根 汤金波

摘 要：本实验用注射器和软管改装的注射器做三个实验，分别是测量液体密度，控制液体流向和探究取下橡皮帽水会流下来吗.通过三个实验可以强化对压强的理解分析，拓展一种测量液体密度的新思路.

关键词：注射器;测密度;压强

文章编号：1008-4134（2019）18-0015中图分类号：G633.7文献标识码：B

注射器是我们实验室常用的实验器材，在生活中也可以在诊所或者网络上买到.笔者利用改装注射器完成三个实验，来看看如何测量液体密度，分析压强，如何控制液体流向.

1 注射器的改装与安装

如图1所示，注射器底部两端开孔，各连接一根透明软管，接头处用热熔胶做好密封，在注射器头部用一个黄色橡皮帽堵住，注射器就改装完成.用铁架台夹住注射器，在铁架台上挂一重垂线，软管下端各放一杯子，可用透明胶把软管在杯子上固定，杯中裝有液体，实验装置即组装完成.

2 改装注射器测密度案例分析

2.1 实验一：测量老抽酱油密度

如图2所示，注射器活塞向上拉动后，密闭气体体积变大使得注射器内部和两边软管内气压小于大气压，在大气压作用下两边液体被“抽”起来了.因为水的密度ρ1=1.0×103kg/m3，则可利用水的密度已知，将水作为比较液体，利用注射器和软管内密闭气体的压强P与外界大气压强P0的关系，求ρ酱油[1]：

P0=P+ρ酱油gh1（1）

P0=P+ρ水gh2（2）

则酱油密度为：

ρ酱油=h1h2ρ水 （3）

此外由于液面上方密闭空气是相互连通的，所以他们气压相等，因此笔者抽动活塞改变液面上方气压他们是等大改变的，也就是说上式（1）（2）（3）总是成立的.因此我们就可以多次改变活塞位置，调节气压，并分别测量出两边液体高度，计算老抽酱油的密度，取平均值，从而减小误差.

2.2 实验二：控制液体流向

如图1所示，注射器内和软管中已经抽取了部分水，软管放在杯中.在左右杯中分别放有被染红的水和染蓝黑色的水.如图3所示，如果把装有红色水的

杯子提起来，会观察到红色液体就开始冲上软管，注射器内水从左向右流动.如图4所示，反过来当把装有蓝黑色水的杯子提起来红色放下时，注射器内液体又从右往左流动了.

如图5所示，分别分析A点和B点压强.

PA=P0-ρgh1

PB=P0-ρgh2

由于被抬起来h1PB，因此液体向右流动.两者的压强差等于ρgΔh，因此左边抬起的越高，高度差越大，流动的越快.同理把左端放下，右端抬起，自然就是h1>h2，PA

综上，控制液体流动表面上是抬起杯子，实际上是在调控压强变化.

2.3 实验三：取下橡皮帽水会流下来吗

如图6所示，问：若此时取下橡皮帽，会有什么情况发生？

猜测1：由于有液体压强，注射器中的水向下流出.

猜测2：由于大气压可以托起水柱，注射器中的水不会流出.

猜测3：由于大气压较大，空气反而倒灌入注射器，注射器和软管中的水流出.

笔者通过实验观察到取下橡皮帽之后，空气不断涌入注射器内，并且注射器内和两侧软管中的水全部都流了下去.看来猜想3是正确的，这是为什么呢？借助压强分析不难理解.

如图7所示，拉动注射器活塞后，其内部气压小于大气压，水就被吸上来了，此时有P

PA=P+ρ水gh，

似乎由于水的压强的存在，加起来是可能超过大气压的.然而我们分析和A点处于同一水平位置的B点，根据同一深度液体压强相等可知A、B两点压强相等.而B点压强大小为

PB=P0-ρ水gΔh，则有

PA=PB

因此A点向下的压强还是小于大气压的.如图8所示，取下橡皮帽后，注射器嘴A点和大气相连通，其受到向上压强就等于大气压，向上的压强大于向下的压强，因此可以看到气泡不断地向注射器内涌入.

同时由于气泡进入使得注射器内部气压增大，根据

P0=P+ρ水gh

外界大气压不变，内部气压不断增大所以液压不断减小，两侧水柱就不断下降了.

从这个实验可以总结出几点压强分析的小技巧：

（1）某点压强等于气体压强加液体压强;

（2）相互连通的液体，利用同一平面内压强相等，把分析的点转移到合适位置方便分析;

（3）同一个点若可能有动态发生，则对其两个方向的压强分别分析.

笔者利用改装注射器，一器多用分别做了三个和压强、密度有关实验.给出了压强分析的小技巧，分析了控制流向的根本原因，给出了测量液体密度的一条新思路.

参考文献：

[1]王天城.液体密度测量仪[J].物理实验，2018，38（10）：64.

[2]赵京波.巧借浮力测密度[J].实验教学与仪器，2017，34（11）：31-33.

[3]鲁红明.密度测量难点突破[J].物理教学探讨，2009（17）：7-9.

[4]殷力群.谈谈测物质密度的原理和方法[J].物理教师，1993（05）：17-19.