副校长-预备党员转正汇报

§1-1 静水压强实验
（Experiment of Stastic Hydraulics Pressure）
一、实验目的要求、
1、掌握用测压管测量流体静压强的技能；
2、验证不可压缩流体静力学基本方程；
3、通过对诸多流体静力学现象的实验分析研讨，进一步提高解决静力学实际问题的
能力。
4、巩固绝对压强、相对压强、真空度概念。

二、实验装置、


图1.1 静水压强实验装置图

1、测压管；2、带标尺测压管；3、连通管；4、真空测压管；5、U型测压管；
6、通气阀；7、加压打气球； 8、截止阀；9、油柱；10、水柱；11、减压放水阀。

说明：
1、 所有测压管液面标高均以标尺（测压管2）零读数为基准；
2、 仪器铭牌所注

B
、

C
、

D
系测点B
、
C、
D标高；若同时取标尺零点作为静力学基本方
程的基准点，则

B、

C
、

D
亦为
z
B
、< br>z
C
、
z
D
；
3、 本仪器所有阀门旋柄顺管轴线为开。
三、实验原理、
1、在重力作用下不可压缩流体静力学基本方程为：
p
z
+

=
const

或：
pp
0


h
（1.1）
式中：
z
—— 被测点在基准面以上的位置高度；
p
—— 被测点的静水压强，用相对压强表示，以下同；
p
0
—— 水箱中液面的表面压强；

—— 液体容重；
h
—— 被测点的液体深度。

另对装有水油（图1.2及图1.3）
U
型测管，应用等压面原理可得油的比重
s
0
有下列
关系：

0
h
1

s
0
=


=
h
1
h
2
（1.2）

据此可用仪器直接测得
s
0

四、实验方法与步骤、
1、搞清仪器组构及其用法，包括：
1）阀门开关；
2）加压方法 —— 关闭所有阀门（包括截止阀），然后用打气球充气；

3）减压方法 —— 开启筒底阀11放水；
4）检查仪器是否密封 —— 加压后检查测管1、2、5液面高程是否恒定。若下降，表明漏气，应查
明原因并
加以处理。

2、记录仪器编号及各常数（记入表1.1）。
五、实验数据记录及分析

1、量测点静压强（各点压强用厘米水柱高表示）。
1）打开通气阀6（此时
p
0
=0），记录水箱液面标高

0< br>和测管2液面标高

H
（此时

0
=
H
）；
记录：

O

H
9.40cm


w
= 9.8×10

-3
Ncm
3







B
= 2.10
cm


C
= -2.90
cm


D
= -5.90
cm

~
P
A
P
a
相对压强：
P
A
P
A
P
a
0
~
P
B
P
a


w
hP
a


w
(
0

B
)
相对压强：
P
B
P
B
P
a
7.30(cm

w
)

~
P
C
P
a


w
hP
a


w
(
0< br>
C
)
相对压强：
P
C
P
CP
a
12.30(cm

w
)

~P
D
P
a


w
hP
a


w
(
0

D
)
相对压强：
P
D
P
D
P
a
15.40(cm

w
)

2）关闭通气阀6及截止阀8，加压使形成
p
0< br>＞
0
，测记

0
及

H
；
记录： 条件：
p
0
＞0 单位：（cm）



1
标高
次数
2 3

0
9.20
12.90
9.60
31.40
9.40
22.30

H


p
0
＞0即加压时，

次数1：

~
P
A
P
a


w
hP
a


w
(
H

0
)
相对压强：< br>P
A
P
A
P
a
3.70(cm
< br>w
)

~

P
B
P
a

w
hP
a


w
(
H

B
)
相对压强：
P
B
P
B
P
a
10.80(cm

w
)

~

P
C
P
a


w< br>hP
a


w
(
H

C)
相对压强：
P
C
P
C
P
a
15.80(cm

w
)

~

P< br>D
P
a


w
hP
a


w
(
H

D
)
相对压强：
P
D
P
D
P
a
18.80(cm

w
)

次数2： 次数3：
~~
P
A
P
A
P
a
21 .80(cm

w
)

P< br>A
P
A
P
a
21.80(cm

w
)

~~

P
B
P
B
 P
a
29.30(cm

w
)

P
B
P
B
P
a
29.30(cm

w
)

~~

P

PP34.30(cm

)P
CCawC
P
C< br>P
a
34.30(cm

w
)

~~

P
D
P
D
P
a
37.30(cm

w
)

P
D
P
D
P
a
37.30(cm
w
)


选择一基准面验证:（以次数3为例）
同一静止液体内的任意二点（C
、
D）的（
z
z
C

z
D

P
C
p

）为常数。

P
D
~

C
P
C
31.4(c m

w
)

~

D
P
D
31.4(cm

w
)


即验证：
z
C
z
D
=常数

3）打开放水阀11，使形成
p
0
＜0（要求其中一次
记录： 条件：
p
0
＜0 单位：（cm）

1
标高
次数
p
B

0

，即

H
＜

B
），测记

0
及
< br>H
。
2 3

O
9.40
6.30
9.40
0.80
9.40
3.50

H

p
0
＜0
即减 压时，

次数1：
~
P
A
P
a


w
hP
a


w
(
H

0
)
相对压强：
P
A
~

P
B
P
a< br>

w
hP
a


w
(
H

B
)
相对压强：
P
B
~

P
C
P
a


w
hP
a

w
(
H

C
)
相对压强：
P
C
~

P
D
P
a< br>

w
hP
a


w
(
H

D
)
相对压强：
P
D

p
B
0
P
A
P
a
3.10(cm

w
)

P
B
P
a
4.20(c m

w
)

P
C
P
a
9 .20(cm

w
)

P
D
P
a< br>12.20(cm

w
)



次数2： （对应 ） 次数3：
~~
P
A
P
A
P
a
8 .60(cm

w
)

P< br>A
P
A
P
a
5.90(cm

w
)

~~

P
B
P
B
P
a
1.30(cm

w
)

P
B
P
B
P
a
1.40(cm

w
)

~~

P

PP3.70(cm

)P
CCawC
P
CP
a
6.40(cm

w
)

~~

P
D
P
D
P

6.70(cm

)P(cm

w
)

awD
P
D
P
a
9.40


选择一基准面验证:（以次数3为例）
同一静止液体内的任意二点（C
、
D）的（
z
z
C

z
D

P
C
p

）为常数。

P
D
~

C
P
C
3.50(c m

w
)

~

D
P
D
3.50(cm

w
)


即验证：
z
C
z
D
=常数

2、测定油比重
s
0
。

1）开启通气阀6，测记

0
；

记录：


O
9.40cm

2）关闭通气阀6，打气加压（
p< br>0
＞0），微调放气螺母使U型管中水面与油水交界面齐平（图1.2），
测记

0
及

H
（此过程反复进行三次）；
记录： 单位：（cm）

标高
次数
1 2 3

O
9.40
18.00
9.38
17.80
9.42
18.20

H


平均值：

0
(9.409.389.42)39.40(cm)



H
(18.0017.8018.20)318.00(cm)

h
1
的均值
：
h18.009.408.60(cm )

1H0
3）打开通气阀，待液面稳定后，关闭所有阀门；然后开启放水阀11降压 （
p
0
＜0），使U型管中的
水面与油面齐平（图1.3），测记

0
及

H
（此过程亦反复进行三次）。

记录： 单位：（cm）


标高
次数
1 2 3

0
7.50
9.40
7.50
9.60
7.40
9.40

H

平均值：

0
(7.507.507.40)37.50(cm)



H
(9.409.609.40)39.47(cm)


h
2
的均值
：
h9.477.501.9 7(cm)

20H

h
1

s0

0
10
2
0.0081(Ncm
3
)


h
1
h
2

经查阅可知油的容重：

s
标
0.0080(Ncm
3
)



r
s
0
s
标
s
标
100
0
0
1.25
0
0






六、实验分析与思考题、
1、实验分析：
1）若再备一根直尺，如何采用最简便的方法测定

0
？
最简单 的方法是，用直尺分别测量水箱内通大气情况下，管5油水界面至水面和油水界面至油面的
垂直高度h
w
和
h
0
，由式

w
h
w


0
h
0
求得

0
。
2）如测压管太细，对测压管液面的读数将有何影响 ？
设被测液体为水，如测压管太细，测 压管液面因毛细现象而升高，会造成测量误差，毛细高度由下
式计算：
h

4

cos

d


式中 ，

为表面张力系数；

为液体容重；
d
为测压管内径；< br>h
为毛细升高。
常温（
t
=20℃）的水，

=7 .28
dynmm
，

=0.98
dynmm
3
。 水与玻璃的浸润角

很小，可认为
cos

=1.0。于是有
h
29.7
d

（
h
、
d
单位均为
mm
）
一般来说，当玻璃测压 管的内径大于10
mm
时，毛细影响可忽略不计。另外，当水质不洁时，

减 小，毛细高度也较静水小；当采用有机玻璃管作测压管时，浸润角

较大，其
h
较普通玻璃管小。
如果用一根测压管测量液体相对压差值，则毛细现象无任何影响。因为测量高、低 压强时均有毛细
现象，但在计算压差时，互相抵消了。
3）过C点作 一水平面，相对管1、2、5及水箱中液体而言，这个水平面是否等压面？哪一部分液体
是同一等压面？
不全是等压面，他仅相对管1、2及水箱中的而言，这个水平面才是等压面。因为只有全部具备下
列5个条件的平面才是等压面：①重力液体；②静止；③连通；④连通介质为同一均质液体；⑤同一
水 平面。上述问题中，管5与水箱之间不符合条件④，因此，相对管5和水箱中的液体而言，该水平
面不是 等压面。

2、实验思考题：
1）同一静止液体内的测管水头线是一根什么线？ < br>答：测压管水头指
Z
p

，即静水力学实验仪显示的测压管液面至基 准面的垂直
高度。测压管水头线指测压管液面的连线。从实测数据或实验直接观察可知，同
一静 止液面的测压管水头线是一根水平线。

2）当
p
B
＜0时，试根据记录数据，确定真空度大小及所在区域。
答：以当
p
0
0
时，第2次B点量测数据（表1.1）为例，此时
p
B

0.6cm0
，
相应容器的真空区域包括以下3三部 分：（1）过测压管2液面作一水平面，由等
压面原理知，相对测压管2及水箱内的水体而言，该水平面 为等压面，均为大气
压强，故该平面以上由密封的水、气所占的空间区域，均为真空区域。（2）同理，
过箱顶小杯的液面作一水平面，测压管4中该平面以上的水体亦为真空区域。（3）
在测压管5 中，自水面向下深度为
P
A

这段高度

H

0
的一段水注亦为真空区。
与测压管2液面低于水箱液面的高度相等，亦与测压管4液 面高于小水杯液面高

度相等，均为




P
A


H

0
。