连通器原理

周舟　2018年04月09日发布

概括：这道题是宋姓爻同学的课后物理练习题，主要是关于连通器原理，指导老师为祁老师。连通器指的是上端开口相通，或底部相通的容器。U形管是一个连通器。两端开口或相通的目的其实是防止大气压强对液面的干扰，如果把连通器里的液体都看成一个整体，那么同一深度压强相同时才会静止，如果同一深度压强不同，液体会向低压的地方流动直到平衡。但是如果某一个液面上被施加了一个额外的力，这个位置的液体压强就会叠加(如果液体上方有气体，就是叠加气体的压强)。为了保证两个(或多个)液面上施加的都是同一个大气压强，所以要两端开口。其实如果把整个连通器封闭也可以，不过两个液面上的空气必须连通(就好比把两个连通器对接并密封)把一根橡皮管两头举起不让液体出来就是连通器，把两头对接在一起变成一个环也是连通器。应用:锅炉的液位计就是在边上连通一根透明管子，上下两端都连进锅炉。茶壶壶嘴和壶身就是好比是连通器的两个管子。

连通器原理

题目：连通器原理

解：

虹吸是一种流体力学现象,可以不借助泵而抽吸液体.处于较高位置的液体充满一根倒U形的管状结构（称为虹吸管）之后,开口于更低的位置.这种结构下,管子两端的液体压强差能够推动液体越过最高点,向另一端排放.主要是由万有引力让虹吸管作用,2010年5月澳洲昆兰科技大学休斯博士（Dr Stephen Hughes）说：“是由重力让虹吸管内的液体由上端往下端流动,藉较长且朝下的那一端,将较短上端那一边的水往上引出再流到下端.”

即先在连接管中创造一个低压环境,利用管内的气压与高位液体液面的大气压的气压差,将液体导入到连接管中,待液体通过连接管的最高点,并且连接管出口侧液位低于高位液体液位后,在重力的作用下,高位液体持续流入低位液体容器,直到高、低位液体的水平高度相同,液体停止流动.

连通器

【定义】上端开口不连通,下部连通的容器叫做连通器.U形管是一个连通器

【性质】连通器里的同一种液体不流动时,各容器中直接与大气接触的液面总是保持同一高度.连通器指的是两端开口,底部连通的物体.

连通器的原理可用液体压强来解释.若在U形玻璃管中装有同一种液体,在连通器的底部正中设想有一个小液片AB.假如液体是静止不流动的.左管中之液体对液片AB向右侧的压强,一定等于右管中之液体对液片AB向左侧的压强.因为连通器内装的是同一种液体,左右两个液柱的密度相同,根据液体压强的公式p=ρgh可知,只有当两边液柱的高度相等时,两边液柱对液片AB的压强才能相等.所以,在液体不流动的情况下,连通器各容器中的液面应保持相平.

举一反三

例1：虹吸现象和连通器原理的具体区别,我知道前者是说流动时,后者是说静止时,还有它们的联系,[物理练习题]

思路提示：

都是利用气压的原理虹吸是利用流动的液体流的压强小于静止的压力从而水从静止端不断被压出至流动端从而形成虹吸而连通器则是两端开口气压与大气压相等因此在任何时候连通器两端都是平衡的

例2：【虹吸现象是属于连通器原理吗虹吸现象是属于连通器原理?】

思路提示：

虹吸原理：就是连通器的原理,加在密闭容器里液体上的压强,处处都相等.而虹吸管里灌满水,没有气,来水端水位高,出水口用手掌或其他物体封闭住.此时管内压强处处相等.一切安置好后,打开出水口,虽然两边的大气压相等,但是来水端的水位高,压强大,推动来水不断流出出水口.

例3：【怎样解释连通器原理?】[物理练习题]

思路提示：

连通器

几个底部互相连通的容器,注入同一种液体,在液体不流动时连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上.连通器的原理可用液体压强来解释.若在U形玻璃管中装有同一种液体,在连通器的底部正中设想有一个小液片AB.假如液体是静止不流动的.左管中之液体对液片AB向右侧的压强,一定等于右管中之液体对液片AB向左侧的压强.因为连通器内装的是同一种液体,左右两个液柱的密度相同,根据液体压强的公式P=ρgh可知,只有当两边液柱的高度相等时,两边液柱对液片AB的压强才能相等.所以,在液体不流动的情况下,连通器各容器中的液面应保持相平.

连通器的特点是只有容器内装有同一种液体时各个容器中的液面才是相平的.如果容器倾斜,则各容器中的液体即将开始流动,由液柱高的一端向液柱低的一端流动,直到各容器中的液面相平时,即停止流动而静止.如用橡皮管将两根玻璃管连通起来,容器内装同一种液体,将其中一根管固定,使另一根管升高、降低或倾斜,可看到两根管里的液面在静止时总保持相平.其原理在生产实践中有着广泛的应用,例如,水渠的过路涵洞、牲畜的自动饮水器、水位计,以及日常生活中所用的茶壶、洒水壶等都是连通器.

世界上最大的人造连通器是三峡船闸.

虹吸原理的发现和应用

中国人很早就懂得应用虹吸原理.应用虹吸原理制造的虹吸管,在中国古代称“注子”、“偏提”、“渴乌”或“过山龙”.东汉末年出现了灌溉用的渴乌.西南地区的少数民族用一根去节弯曲的长竹管饮酒,也是应用了虹吸的物理现象.宋朝曾公亮《武经总要》中,有用竹筒制作虹吸管把峻岭阻隔的泉水引下山的记载.中国古代还应用虹吸原理制作了唧筒.唧筒是战争中一种守城必备的灭火器.宋代苏轼《东坡志林》卷四中,记载了四川盐井中用唧筒把盐水吸到地面.其书载：以竹为筒,“无底而窍其上,悬熟皮数寸,出入水中,气自呼吸而启闭之,一筒致水数斗.“明代的《种树书》中也讲到用唧筒激水来浇灌树苗的方法,对于虹吸原理,中国古代也有论述.南北朝时期成书的《关尹子·九药篇》说：“瓶存二窍,以水实之,倒泻；闭一则水不下,盖（气）不升则（水）不降.井虽千仞,汲之水上；盖（气）不降则（水）不升.”有两个小孔的瓶子能倒出水,如果闭住一个小孔,另一个小孔外面的空气压力会比瓶里水的压力大,水就流不出来.唐代王冰《素问》注中,有关大气压力的物理现象记述得较清楚,王冰曰：“虚管溉满,捻上悬之,水固不汇,为无升气而不能降也；空瓶小口,顿溉不入,为气不出而不能入也.”指出一个小口的空瓶灌不进水是因为瓶里气体出不来.宋代俞琰在《席上腐谈》中补充了前人的发现,说；“予幼时有道人见教,则剧烧片纸纳空瓶,急覆于银盆水中,水皆涌入瓶而银瓶铿然有声,盖火气使之然也；又依法放于壮夫腹上,挈之不坠.”在空瓶里烧纸,由于火把瓶里的一部分空气赶出瓶外,火熄灭后瓶里就形成负压,造成一定的真空,瓶外的空气压力就把瓶紧紧地压在人腹上.如果把瓶放在水里,水就立即涌入瓶里.明代庄元臣在《叔苴子·内篇》中也指出把葫芦勺倒压入水中,水并没有进入葫芦里,这是因为葫芦里有空气.