专题09 压强-初中应用物理知识竞赛专题讲义

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物体单位面积受到的压力叫做压强，压强公式： p=F/S。
液体内部朝各个方向都有压强，在同一深度，各方向压强大小相等。液体的压强只跟液体密度ρ和距液面的深度h有关，与液体重力、体积及容器形状、底面积等无关。
连通器中同种液体不流动时，各容器中的液面高度总是相同的。
大气压强是由于气体分子对器壁的碰撞而产生。标准大气压数值p=1.013×105Pa=760mmhHg。活塞式抽水机和离心式抽水机都是利用大气压工作的。
在流体中，流速越大的位置，压强越小。飞机能够升空是由于机翼上下表面空气流速不同产生了压强差。
【竞赛知识拓展】
液体压强公式：p=ρgh。柱体压强公式：p=ρgh。
大气压随高度的增加而减小。在海拔3000m以内，大约每升高10m，大气压减小100Pa。
【经典竞赛题分析】
例1. （2016上海物理竞赛）如图所示，水平桌面上放置一底面积为S2的轻质圆柱形容器，容器足够深。在容器中放入底面积为S1，质量为m的圆柱形木块。在容器中缓慢加入水，当木块对容器底部的压力恰好为零时，容器对桌面的压力大小为（）
（A）mg （B）mg
（C）mg （D）mg
【参考答案】A
例2．（2016上海物理竞赛）如图所示，小试管倒插在广口瓶内的水银中，此时试管恰好浮于水银面。现由于天气变化的原因，大气压强稍增大，其它条件不变，则
A．试管略微下沉
B．试管内封闭气体的体积变大
C．试管内外的水银面高度差变大
D．试管内封闭气体的压强变大
【参考答案】AD
例3．（2014上海市初中物理竞赛初赛试题）如图2所示，两端开口的C形小管中充满水，A、B两端开口处均用手指堵住。若同时松开手指（ ）
图2
A．只有水从A端流出
B．只有水从B端流出
C．A、B两端同时有水流出 [来源:学.科.网]
D．A、B两端都没有水流出
【参照答案】．B
例4. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）在柱状容器里注入适量的浓盐水，在盐水中放入一块冰，冰与盐水的质量相等，并始终漂浮在盐水面上。当一半冰熔化之后，发现容器里的水面上升的高度为h，当剩余的冰全部熔化之后，水面将又会上升（ ）
A．h B．h C．h D．h
【参照答案】C
图4
例5. （2014上海市初中物理竞赛初赛试题）如图4所示，均匀圆柱体甲和盛有液体乙的圆柱形容器放置在水平地面上，甲、乙质量相等。现沿水平方向切去部分甲并从容器中抽取部分乙后，甲对地面的压强小于乙对容器底部的压强。若甲、乙剩余部分的体积分别是V甲、V乙，则（ ）
A. V甲可能等于V乙 B. V甲可能大于V乙
C. V甲一定大于V乙 D. V甲一定小于V乙
【参照答案】．D
例6.(2009全国初中应用物理知识竞赛题) 6．如图甲所示，煤气管道包括户外和户内两部分，二者之间连接着一只煤气表。工人师傅给每户安装完户内管道后，都要检查一下管道是否漏气。有一种检测装置如图乙所示，在两端开口的透明的U型管中装有水，当U型管两端压强相等时，两侧水面相平。检测时，关闭开关后，用力向用户管道口Y内吹气，然后迅速将U型管的一端Y与用户管道口Y相连接，U型管内水面出现高度差(如图丙所示)。观察U型管中水面的变化可以判断户内管道是否漏气( )
A．若水面高度差逐渐增大，则表明不漏气
B．若水面高度差逐渐减小，则表明不漏气
C．若水面高度差保持不变，则表明漏气
D．若水面高度差保持不变，则表明不漏气
【参考答案】：D
【竞赛实战训练】
1 （2011上海初中物理知识竞赛题）在两端开口的弯管内用两段水柱封闭了一段空气柱，A、B、C、D四个液面的位置关系如图所示。现将左侧试管底部的阀门K打开，释放掉少量水后立刻关闭阀门，A、B、C液面相对各自原来的位置上升或下降的长度△hA、△hB和△hC之间的大小关系为 （ ）
A．△hA=△hB=△hC B．△hA>△hB>△hC
C．△hA>△hB=△hC D．△hA=△hB>△hC
. 【参考答案】：BD
2. （2011上海第25界初中物理竞赛）如图所示，体积相同、密度分别为ρA、ρB的A、B两立方体正对叠放于水平桌面上，且ρA∶ρB=1∶3。A对B的压强为pA，B对桌面的压强为pB。现逐渐减小A的体积，但始终保持A的形状为立方体且密度不变。在A的体积减小的过程中，pA与pB的比值 （ ）
A．始终变大 B．始终变小
C．先减小后变大 D．先增大后减小
【参考答案】：B
【名师解析】
3 （2011上海初中物理知识竞赛题）如图所示，置于水平桌面上的一个密闭的圆锥形容器内装满了重力为G的某种液体。已知：圆锥形容器的容积公式为V=πR2h,，其中，R、h分别为容器的底面半径和高。则容器内的液体对容器侧面的压力大小为 （ ）
A．1G B．2G C．3G D．0
【参考答案】：B
【名师解析】
4.下列各种现象与其涉及物理知识之间的关系中，错误的是（ ）
A．高原反应——大气压和海拔高度的关系
B．飞机飞行时获得升力——流体压强和流速的关系
C．水下潜水艇能够上浮——液体的压强和深度的关系
D．利用高压锅容易将饭煮熟——沸点和气体压强的关系
【参考答案】：C
5（2011上海初中物理知识竞赛题）两块相同的海绵分别置于相同的磅秤上，取两个相同的物块分别置于海绵上，如图所示。下列关于甲、乙两图中磅秤示数F甲、F乙大小及海绵下陷浓度h甲、h乙的比较，正确的是 ( )
A．F甲=F乙，h甲>h乙
B．F甲=F乙，h甲=h乙
C．F甲F乙，h甲>h乙
【参考答案】：A
二．填空题
1．(2009全国初中应用物理知识竞赛题)在建造高楼大厦时，其地基大多采用箱式基础。所谓箱式基础，就是把整栋大楼占地范围的地皮掏空挖深，然后填上钢筋混凝土。箱式基础的优点在于：第一，增大了大楼与地面的接触面积，从而减小了大楼对地面的_________，可有效地防止地皮大幅度的下陷；第二，降低了整栋大楼的___________，增大了大楼的稳度，提高了大楼的抗震能力。
【参考答案】：压强 重心
3. （2012年“志英杯”物理竞赛）如图所示，甲、乙、丙三个实心正方体分别放在水平地面上，它们对水平地面的压强相等。甲、乙、丙对地面压力最大的是 ；密度最大的是 。如果在三个正方体上分别放一个质量相等的铜块，则三个正方体对水平地面的压强最大的是 。(均选填“甲”、“乙”或“丙”)
【参考答案】：甲 丙 丙
三．简答题
1.(2010全国初中应用物理知识竞赛题) 5．中新网2009年5月20日电:英国《每日邮报》 19日刊登了一组照片，如图10 所示。灰鹅在飞行途中突遇强风，这只艺高胆大的灰鹅做出了令人吃惊的动作——以飞行方向为轴线，横向转体180度，但最难的是——它的头部依然保持着正常飞行时的姿态！虽然这看起来有些不可思议，连世界上最优秀的体操运动员都会被其柔韧的鹅脖所折服。请你思考并回答，灰鹅这样转体的效果是什么，为什么?
【参考答案】
2.. (2010全国初中应用物理知识竞赛题)小丽在厨房帮妈妈做饭时发现菜刀上有两种孔，如图9 所示，她对这两种孔的作用不了解。请你给她解释圈中孔①、②的作用。
【参考答案】
3．(2010全国初中应用物理知识竞赛题)2008年8月1日，京津城际高速铁路正式开通运营，使用的是国产“和谐号”CＲＨ3 型动车组(如图7所示)。该车车厢内部设有独特的空气调节系统，夏天送冷风时，车顶中部和车窗下部的送风量之比约为3: 1；冬天送热风时，车顶中部和车窗下部的送风量之比约为1: 3。这样送出的风平和、均匀，保障车厢各处温度适宜。请定性解释采用这种送风比例设计的原因。
四．综合运用
1.(2009全国初中应用物理知识竞赛复赛题)小明家的高压锅锅体直径为24cm，排气孔内径为4mm。小明不慎丢失了锅的限压阀，当他到商店购买时售货员告诉他，生产这个锅的厂家提供的限压阀有两种，孔径相同，质量分别为100g和60g。
（1）．请你根据说明书给出的数据，通过计算说明，小明应该买哪一种限压阀。(说明书标有：当大气压为105Pa时，该锅最高温度为120℃。已知：水的沸点与压强的关系如图1所示，取g =10N/kg)
（2）．请你说明如果买另一种限压阀，使用时会出现什么问题。
2．（2012全国初中物理竞赛预赛）如图18所示，在一个底面积为S 的圆柱形容器中，盛有深度为h、密度为ρ的液体。
（1）试证明：液体对底面的压强为p=ρgh。
（2）根据公式分析，液体内部压强的大小与哪些因素有关？
（3）气体的压强与液体相似，请你应用公式，根据地面的标准大气压值估算大气层的高度。已知在标准状况（0℃、一个大气压）下空气的密度为1.2kg/m3，并说明所估算出的值与实际相比是偏大还是偏小。为什么？
五．实验探究题
1.硬度是衡量材料软硬程度的物理量．硬度的大小可以用如下图方法进行测试：选择规定的淬火钢球，给它加载压力F（铁球重力不计），将它压到被测试的材料表面，保持规定的时间后卸载压力，就会在材料表面留下凹形压痕．如果用S凹表示凹形压痕的面积，用H表示材料的硬度，某次实验中对一些材料的测试数据如下：
①硬度的定义为：在凹形压痕单位面积上所承受的压力．可以用公式 来表示．
②材料e的硬度为 ．
③若a、b、c、d、e五种材料的F-S凹图象如下图所示，其中表示材料d硬度的图线是 。
【参考答案】：①H=F/S凹②250 N/mm2 ③丙
2.晓丽想要探究“气体分子对器壁的压强规律”，她首先做了如下实验：
如图，将托盘天平的左盘扣在支架上，调节天平平衡后，将一袋绿豆源源不断地从同一高处撒到左盘上，发现天平指针偏转并保持一定角度，左盘受到一个持续的压力。容器中气体分子碰撞器壁的现象与上述实验现象十分相似。可见，容器中大量气体分子不断碰撞器壁时也会产生一个持续的压力，而 面积上所受的压力就是气体分子对器壁的压强。上述过程中运用的科学方法主要有 法。
根据上述实验，若将一个内装有气体的密闭容器从地面移动到天宫一号舱中，则容器对地面的压强p1和容器对天宫一号舱底的压强p2相比，p1 p1；容器在地面时气体压强p1’和容器在天宫一号中时气体压强p2’相比，p1’ p2’。
材料
F/N
S凹/mm2
H/(N/mm2)
a
10000
100
100
b
10000
200
50
c
20000
100
200
d
15000
100
150
e
7500
30