人教版八年级物理下册同步考点专题训练专题02压力、压强的现象及辨析(原卷版+解析)
展开压力、压强现象包含固体、静态液体、静态气体和流体(流动的固体或气体)四种类型,解题时切勿混淆不同类型压力和压强的规律,公式法是解这类辨析题常用的方法。
典例分析+变式训练
考点1 固体压力与压强
※易错提醒:a.受力面积容易弄错(例1);b.压力容易弄错(例2)。
拔尖特训:探究斜面上的压力(例3)。
【典例1】(2019春•南江县校级期中)将一个质量为2kg、底面积为0.01m2的长方体平放在某一水平桌面中央,水平桌面的面积为0.4m2,则长方体对水平桌面的压强为(取g=10N/kg)( )
A.2.5PaB.25PaC.100PaD.2000Pa
【变式训练】(2023春•薛城区月考)将质量为240g、底面积为480cm2的物理书平放在水平课桌中央,水平桌面的面积为4800cm2,则书对课桌的压力和压强为(g取10N/kg)( )
A.2.4N 50PaB.24N 50Pa
C.2.4N 5PaD.240N 500Pa
【典例2】(2023•广安)如图所示,边长为10cm的正方体A重力为1N,在水平向左的力F1=2N,竖直向上的力F2=4N作用下,沿着墙壁竖直向上做匀速直线运动,则此时A受到的滑动摩擦力大小为 ,A对竖直墙壁的压强为 。
【变式训练】(2023春•上蔡县期末)如图,重为40N的物体,被60N的水平压力F1压在竖直墙壁上保持静止,物体与墙壁的接触面积为100cm2,则墙壁受到的压强是 Pa,物体受到的摩擦力f1为 N;再将其置于水平桌面上,在25N的水平拉力F2作用下做匀速直线运动,当拉力变为40N,则其受到的摩擦力为 N。
【典例3】(2023春•无锡期中)小明为了探究“放在斜面上的物体对斜面的压力跟斜面倾斜程度的关系”,进行了实验,步骤如下:①用双面胶将一个200克的钩码固定在1米长的塑料直尺的中间,将直尺的一头固定在桌子的一端,如图甲所示;②缓缓抬起右端,让直尺与水平方向有一定的夹角,如图乙所示;③继续抬高右端,增大直尺与水平方向的夹角,如图丙所示。
(1)该实验中,小明是通过 来判断物体对斜面压力的大小;
(2)分析三次实验的现象,可以得出的结论是:其他条件相同时,
(3)小明用长木板和木块2搭成图1的斜面。把物体从斜面底端拉到顶端,然后把木块2向右移动一段距离(如图2所示),再把物体从斜面底端拉到顶端,比较两次实验中物体受到的摩擦力f1 f2.(选填“大于”“等于”或“小于”)
【变式训练】(2019春•南关区校级月考)小明同学为了探究“放在斜面上的物体对斜面的压力跟斜面倾斜程度的关系”,进行了如下实验:①用双面胶将一个200g的钩码固定在1m 长的塑料直尺的中间,将直尺的一头固定在桌子的一端,如图(甲)所示;②缓缓抬起右端,让直尺与水平方向有一定的夹角,如图(乙)所示;③继续抬高右端,增大直尺与水平方向的夹角,如图(丙)所示。
(1)该实验中,小明是通过尺子 来判断物体对斜面压力的大小:
(2)分析三次实验的现象,可以得出的结论是斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度增大而 。
考点2 液体压力与压强
※易错提醒:a.“液体深度”与“到液面高度”分清楚(例1);b.误认为液体总会从高处向低处流(例2)。
拔尖特训:液体对容器底的压力和液体重力的关系(例3)。
【典例1】(2023春•蓬溪县期中)如图所示,放在水平桌面上的容器,侧壁上有一开口弯管,弯管内的液面高度h1=0.8m;其顶部和底部的面积均为0.1m2,顶部到底部的高度h2=0.6m,容器中的液体密度为1.2×103kg/m3,则液体对容器顶部的压强为 Pa,压力为 N,如果液面上升5cm,液体对容器底的压强将增加 Pa。(g取10N/kg)
【变式训练】(2023•广东模拟)如图所示,容器里装有重力为G、密度为ρ的液体,图中A点的液体压强pA= ,在与A点同一水平面上的B点液体的压强pB= 。如果容器的底面积为S,则液体对容器底部的压力F= 。
【典例2】(2019•青海)如图,A、B为两容器,用一带阀门的管子相连,装有同一种液体,液面相平,则a、b两处的压强pa pb(填“>”、“<”或“=”)。当打开阀门时,液体 (填“流动”或“不流动”)。
【变式训练】(2023春•长垣市期末)如图轮船由上游通过船闸驶往下游的情况:首先关闭阀门 (用字母表示),打开阀门A,闸室和上游水道构成了一个 。当闸室水面与上游水面相平后,打开闸门,船驶入闸室。当闸室水面下降到和下游水面相平时,打开闸门 (用字母表示),船驶向下游。
【典例3】(2023春•巩义市期末)如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两圆形平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。容器对桌面的压力分别为F甲F乙,液体对容器底部的压力分别为F甲'、F乙'。下列关系正确的是( )
A.F甲>F乙B.F甲<F乙C.F甲'>F乙'D.F甲'<F乙'
【变式训练】(2023春•紫金县校级月考)如图所示,重为G1的容器放在水平桌面上,容器内盛有重为G2的液体。若用F1表示容器对桌面的压力,F2表示液体对容器底的压力,则F1和F2应满足的关系是( )
A.F1=G1+G2,F2=G2B.F1>G1+G2,F2>G2
C.F1<G1+G2,F2=G2D.F1=G1+G2,F2>G2
考点3 气体压力与压强
※易错提醒:判断是否与大气压有关(例1)。
拔尖特训:①粗略测量大气压(例3);②水气压计(例2)。
【典例1】(2023•成都)如图所示的现象中,没有利用大气压的是( )
A.“吸盘”挂钩贴在竖直墙面上 B.用注射器将药液注入肌肉
C.用吸管将饮料“吸”入口中 D.用硬纸片“托住”杯中的水
【变式训练】(2023•桂林)如图所示的实例中,利用了大气压的是( )
车启动时人向后倾 B.用铅垂线检查墙是否竖直
C.吸盘能紧贴在光滑墙面上 D.苹果浮在水面上
【典例2】(2019•本溪)(1)如图甲所示,玻璃瓶中装入适量带色的水,从玻璃管吹入少量空气,使管中水面高于瓶口。将此装置由一楼拿到十楼,发现玻璃管中的液柱 ,说明大气压随高度的增加而 。
(2)如图乙所示,把玻璃瓶中装满带色的水,双手迅速用力捏玻璃瓶,发现玻璃管中的液柱上升,说明力可以 。
(3)如果把乙图中玻璃瓶转移到温度较高的一瓶中,发现玻璃管中的液柱也能上升,此现象说明液体具有 的性质,根据这个性质制成了温度计。
【变式训练】(2023•荆州)小明在学习了大气压强的知识后,自制了一个如图所示的气压计,瓶中装有适量的水,当他将自制气压计由楼下拿到楼上时发现细玻璃管中液面上升,说明大气压随高度的增加而 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。若他将这个瓶子装满水,戴着隔热手套捏瓶子,发现细玻璃管中液面也能上升,说明力能使物体发生 。他还发现将装满水的瓶子放入热水中,细玻璃管中液面仍能上升,这又成了一支自制温度计,它的工作原理是 ,在此过程中瓶内水的密度将 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)
【典例3】(2023春•常熟市月考)用注射器估测大气压的值实验中。
(1)实验中,分析研究的对象是大气对 (填“针筒”、“活塞”)的压力;
(2)实验过程中他们让弹簧测力计和注射器保持在水平方向,可以减小活塞的 对实验的影响,从而提高实验的精确程度。当活塞相对于针筒开始滑动时,可以近似看成研究对象在水平方向所受拉力F与所受的大气压力是一对 (平衡力/相互作用力);
(3)研究对象受大气压力的受力面积等于注射器的截面积。读出注射器的容积V,再用刻度尺测出有刻度部分的长度L,计算大气压值,其表达式为p= 。
(4)实验中,小华正确使用了测量仪器,且读数正确,但她发现测量结果总是偏小,其主要原因是 。
(5)另一方面,考虑到活塞与针筒之间的摩擦力对实验的影响,小华改进了实验,如图2所示,将注射器筒固定在水平桌面上,活塞通过水平细线及定滑轮与烧杯相连,向烧杯中缓慢加水,当活塞刚开始向左滑动时,测得杯和水的重力为9.8N,然后向外缓慢抽出杯中的水,当活塞刚开始向右滑动时,测得杯和水的重力为5.6N,已知活塞面积为7×10﹣5m2,则活塞与注射器之间的摩擦力为 N,所测大气压的值应为 Pa。
【变式训练】(2023•泰州)小明用2mL的注射器、量程为0~10N的弹簧测力计和刻度尺粗略测量大气压的值,本实验的原理是二力平衡和p= 。
步骤一:把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽封住注射器的小孔。
步骤二:如图所示安装好器材,水平向右缓慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞 时,记下弹簧测力计的示数为5.2N。
步骤三:用刻度尺测出注射器 长度为4.00cm。
步骤四:算出大气压强值为 Pa。
同组的小华分析了影响实验结果的可能因素后,对实验进行了如下改进:
①将步骤一改为:先将注射器内抽满水,再竖直向上推动活塞至注射器筒的底端,然后用橡皮帽封住注射器的小孔,这样便于 。
②取下橡皮帽,重复步骤二的操作,读得弹簧测力计的示数为0.3N,由此可知,此时活塞所受到的 (摩擦力/大气压力)为0.3N。
小华根据改进后测得的数据,重新计算了大气压的值。
考点4 流体压力与压强
※易错提醒:不能区分普通飞机(利用流体压强与流速关系的原理)和直升飞机(利用力的作用相互的原理)的升空原理(例1)。
拔尖特训:流体压强的综合计算(例2)。
【典例1】(2023•自贡模拟)2017年4月,我国国产直升机AC311A成功试飞。直升机能停留在空中,是因为旋转的机翼对空气施加了向下的力,根据物体间力的作用是 ,空气对机翼也施加了向上的力,所以直升机能够停留在空中。另外,我国国产大飞机C919于5月也完成了首飞,客机在飞行时,机翼上表面空气流速大,压强 ,因此获得向上的升力。
【变式训练】(2019•黑龙江)六一儿童节,小华和爸爸到公园游玩,在湖面上划船时,用力向后划水,船就会前行,这是利用了物体间 ;这时一艘快艇从小船旁边急速驶过,小华发现小船向快艇方向靠近,这是因为在流体中流速越大的位置压强越 。
【典例2】(2019秋•磐安县月考)一次飓风发生时,屋外气压急剧降到9×104pa,当时房间门窗紧闭,可以认为室内气压是1个标准大气压(取1×105Pa).若室内屋顶的面积为100m2,屋顶受到的压力足以将屋顶掀翻。
(1)为什么屋外气压会急剧下降?
(2)求由于内外压强差使屋顶受到的大气压力的大小和方向。
【变式训练】(2023春•洪山区期中)一次飓风发生时,屋外气压急剧降到9×104Pa,这是因为 当时门窗紧闭,可以认为室内气压是标准大气压,粗略取作1×105Pa,若室内屋顶是平的且面积为100m2,这时屋顶受到的内外压力差为 N,方向 。
【典例3】(2023秋•杭州期中)我省不少地方建有风力发电站,绿色环保无污染。若同时需在山上建一种简约却不易被吹飞的休息站,其独特的支架悬空形状发挥作用。下列哪个休息站的形状符合要求( )
A. B. C. D.
【变式训练】(2023春•二道区期末)不同的飞机获得升力的原理可能会不同。如直升机能够停留在空中,是因为旋转的旋翼对空气施加了向下的力,根据物体间力的作用是
的,空气对旋翼施加了向上的力,使飞机获得向上的升力。而客机在飞行时,机翼下表面比上表面的空气流速 ,压强 ,因此获得向上的升力。
能力提升训练
一、选择题。
1.(2023秋•嘉定区校级期中)一份报纸,对折后平放在水平桌面上,则它对桌面的压强约为( )
A.1帕B.2帕C.4帕D.无法确定
2.(2023•成都模拟)我们身边看似“轻小”的空气,其实蕴含着巨大的力量,能够帮助我们完成很多工作。以下实例,与大气压作用无关的是( )
A.用吸管吸瓶中的饮料 B.茶壶盖上开小孔
C.拦河大坝修建成上窄下宽 D.人体吸入新鲜空气
3.(2023春•滨海县月考)如图所示,三个底面积相同,但开口形状不同的容器放在水平桌面上,往容器中加入相同深度的水,则三个容器底受到的压力( )
A.甲最大B.乙最大C.丙最大D.一样大
4.(2023秋•上城区期末)大气压在抗击新冠肺炎疫情中发挥了重要作用。如“负压病房”,所谓“负压”是指内部的气压低于外部的气压,下列现象中有可能处于“负压”状态的是( )
A.正在熬粥的高压锅内B.吹大后的气球内
C.充满气后的氧气罐内D.人吸气时肺的内部
5.(2023春•九龙坡区期末)对下列实验的解释错误的是( )
A.甲图表明压力相同时,受力面积越小,压力作用效果越明显
B.乙图表明液体向各个方向都有压强
C.丙图吹硬币使硬币翻越木条,是利用流体在流速大的地方压强大的原理
D.丁图实验能测量出标准大气压的值
6.(2023秋•杨浦区期末)九年级第一学期物理练习册共有70页,平放在水平桌面中央时,它对桌面的压强约为( )
A.1帕B.35帕C.70帕D.140帕
7.(2023秋•普陀区期末)如图所示,甲、乙两个实心均匀正方体放在水平地面上,沿竖直方向在两个正方体上分别切去相同宽度,甲、乙剩余部分对地面的压强相等,则下列关于甲、乙正方体切去部分质量m甲'和m乙'的大小关系正确的是( )
A.m甲'一定大于m乙'B.m甲'一定等于m乙'
C.m甲'可能小于m乙'D.m甲'可能不等于m乙'
8.(2023•长沙模拟)如图所示,完全相同的两个容器中分别装入甲、乙两种不同的液体,下列分析正确的是( )
A.若甲乙的质量相等,则A点的压强等于B点的压强
B.若甲乙的质量相等,则C点的压强小于D点的压强
C.若甲乙对容器底部的压强相等,若要使甲对容器底部的压强小于乙对容器底部的压强,可以在两容器中分别倒入体积相等的液体
D.若甲乙对容器底部的压强相等,则甲的质量一定大于乙的质量
9.(2023秋•鹿城区期末)在图所示装置中,粗细均匀的细玻璃管上端塞有橡皮塞,管内一段水银柱将一部分气体封闭在玻璃管内。已知玻璃管和橡皮塞总重为G,管的横截面积为S,水银柱高为h,水银的密度为ρ,设当时大气压为p0,管内空气重力不计,则整个装置平衡时,弹簧秤的示数应为( )
A.GB.G+ρghSC.G﹣ρghSD.G+ρghS﹣p0S
二、填空题。
10.(2019•西华县二模)用瓶子和细玻璃这些简单的物品可以做一些物理实验,如图甲所示,玻璃瓶中装入适量带色的水,从玻璃管吹入少量空气,使管中水面高于瓶口。将此装置由一楼拿到十楼,忽略温度的影响,会发现玻璃管中的液柱 ;如图乙所示,把玻璃瓶中装满带色的水,双手迅速用力捏玻璃瓶,发现玻璃瓶中的液柱上升,说明力可以 ;如果把乙图中玻璃瓶转移到温度较高的环境中,发现玻璃管中的液柱也能上升,此现象说明液体具有 的性质,根据这个性质制成了温度计。
11.(2023春•陇县期末)如图是乳牛自动喂水器,其中A和B后中间的细管C组成一个 ,容器A和B的水面在水不流动时总保持 。乳牛饮水后使得B的水面下降,A中的水会由C流向 ,此时A中的水面会 ,从而将阀门D向上顶开,就自动补水。
12.(2023春•连山区期末)如图所示,一个底面积是200cm2、高为10cm的柱形容器,顶部有一个面积是40cm2的小孔,孔上装有一根倾斜管子,从管子上端灌水,当h1=20cm时,水对容器底的压强为 Pa,水对容器底的压力为 N;水对容器顶面的压强为 Pa。(g取10N/kg)
13.(2023春•兰山区期中)如图所示,边长为10cm的正方体A重力为9N,在水平向左的力F1=2N,竖直向下的力F2=1N作用下,沿着水平地面向左做匀速直线运动,则此时A受到的滑动摩擦力大小为 N,A对水平地面的压强为 Pa。
14.(2023春•青羊区校级月考)一个水池中水的深度为3m,在距池底1m池壁上有一个小孔,用面积为20cm2塞子刚好塞住。则池底受水的压强大小为 Pa,而塞子受水的压力大小为 N。
三、实验探究题。
15.(2023春•赤峰期末)阅读材料,回答问题
从古至今,科学发现的过程都是一个不断完善、不断修正的过程。
材料一:两千多年前,亚里士多德认为空气没有“重量”,真空是不存在的。
材料二:至少从1614年开始,伽利略却认为空气是有重量的,他的同事兼学生托里拆利在1643年做了如图所示的实验:把一端封闭的长玻璃管装满水银倒置在一个敞口的水银槽里,水银从玻璃管顶部下降了一段距离后,液面不再下降,
高度总保持距离槽中水银面如图(1)所示的位置,于是规定了760mm水银柱产生的压强就为一标准大气压。1646年帕斯卡重复了这一实验,在他的多次实验中有一次测得的实验结果如图(2)所示,但依然能支持托里拆利的观点。
材料三:在17世纪中叶,对该实验的两个关键问题的回答都有代表性的支持者和反对者(如表):
(1)托里拆利实验,测得了一标准大气压约是 pa;
(2)在帕斯卡如图(2)所示的实验中,他测得的大气压是 mm水银柱产生的压强,那么你认为导致这一结果的原因可能是 。
四、解答题。
16.(2019春•南陵县校级月考)小王同学为了探究“放在斜面上的物体对斜面的压力跟斜面倾斜程度的关系”,进行了实验,步骤如下:①用双面胶将一个200g的钩码固定在1米长的塑料直尺的中间,将直尺的一头固定在桌子的一端,如图甲所示;
②缓缓抬起右端,让直尺与水平方向有一定的夹角,如图乙所示;
③继续抬高右端,增大直尺与水平方向的夹角,如图丙所示。
(1)该实验中,小王是通过观察 来判断物体对斜面压力的大小;这种研究物理问题的方法叫 (选填“控制变量法”或“转换法”或“类比法”或“建立模型法”)。在以前的物理学习过程中,我们还用过这种方法,请再举出一例:
。
(2)分析三次实验的现象,可以得出的结论是 。
17.(2023秋•普陀区校级期中)如图所示,甲、乙两个实心正方体放置在水平地面上。已知甲的质量为1千克,甲的底面积为0.01米2。
(1)求物体甲对地面的压强p甲。
(2)沿水平方向切去部分后,甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等。比较切去前甲、乙对地面压强p甲、p乙的大小关系,并写出推导过程。
18.(2023秋•闵行区期中)如图所示,将足够高的圆柱形容器甲置于水平地面,容器底面积为2.5×10﹣2米2。其内部中央放置一个圆柱形物体乙,容器中有体积为4V0的水,此时水对容器底部压强为1960Pa。
①求水的深度;
②求水对容器底部的压力F水;
③现向容器内抽水,每次抽出水的体积均为V0,乙物体始终沉在容器底部,水对容器底部的压强大小如表所示。
(a)问第几次抽水后物体露出水面?说明理由:
(b)求乙的高度h乙。
五、计算题。
19.(2023秋•闵行区期末)如图所示,用5牛的力将重为4×10﹣3牛的图钉压入木块,针尖面积约为5×10﹣7米2,求木块表面受到的压强。
20.(2023秋•房山区期末)某水平公路路面所能承受的最大压强为8×105Pa。一辆卡车的质量为2t,当装载3t货物静止在该路面上时,车轮与路面接触的总面积为0.1m2。请通过计算说明卡车对该路面是否产生损坏。(g取10N/kg)
21.(2023秋•嘉定区期末)如图所示,底面积不同足够高的圆柱形容器甲、乙(S甲>S乙)置于水平地面上。
①若容器甲重为9.8牛,底面积为1×10﹣2米2,内部盛有深度为0.4米的水。求:
(a)水对容器甲底部的压强p水;
(b)容器甲对水平地面的压强p地。
②若容器甲、乙中的液体A、B对容器底部的压强相等。为使A液体对容器甲底部的压强大于B液体对容器乙底部的压强,有如下方案:(a)在容器甲、乙中同时抽取相同质量的液体;(b)在容器甲、乙中同时加入相同高度的原有液体。请分析每种方案的可行性。
关键问题的回答
支持者
反对者
大气压力支撑水银柱
笛卡尔
帕斯卡
所有亚里士多德学派
罗贝瓦尔
水银柱上方存在真空
罗贝瓦尔
波义耳
所有亚里士多德学派、笛卡尔、
伽利略、霍布斯
抽水次数
水对容器底部的压强(帕)
未抽水
1960
第一次
1764
第二次
1568
第三次
980
专题02 压力、压强的现象及辨析(解析版)
考点直击
压力、压强现象包含固体、静态液体、静态气体和流体(流动的固体或气体)四种类型,解题时切勿混淆不同类型压力和压强的规律,公式法是解这类辨析题常用的方法。
典例分析+变式训练
考点1 固体压力与压强
※易错提醒:a.受力面积容易弄错(例1);b.压力容易弄错(例2)。
拔尖特训:探究斜面上的压力(例3)。
【典例1】(2019春•南江县校级期中)将一个质量为2kg、底面积为0.01m2的长方体平放在某一水平桌面中央,水平桌面的面积为0.4m2,则长方体对水平桌面的压强为(取g=10N/kg)( )
A.2.5PaB.25PaC.100PaD.2000Pa
【答案】D。
【分析】根据长方体的质量求出其重力,此时它对水平桌面的压力等于其自身重力,然后利用压强公式将F、S代入求出长方体对水平桌面的压强,即可作出选择。
【解答】解:长方体对水平桌面的压力:
F=G=mg=2kg×10N/kg=20N,
长方体对水平桌面的压强:
p===2000Pa。
故选:D。
【变式训练】(2023春•薛城区校级月考)将质量为240g、底面积为480cm2的物理书平放在水平课桌中央,水平桌面的面积为4800cm2,则书对课桌的压力和压强为(g取10N/kg)( )
A.2.4N 50PaB.24N 50Pa
C.2.4N 5PaD.240N 500Pa
【答案】A。
【分析】知道物理书的质量,利用G=mg求其重力,物理书对水平桌面的压力大小和自身的重力相等,再利用压强公式p=求出书对课桌的压强。
【解答】解:
书对课桌的压力:
F=G=mg=0.24kg×10N/kg=2.4N,故BD错误;
书对课桌的压强:
p===50Pa,故A正确、C错误。
故选:A。
【典例2】(2023•广安)如图所示,边长为10cm的正方体A重力为1N,在水平向左的力F1=2N,竖直向上的力F2=4N作用下,沿着墙壁竖直向上做匀速直线运动,则此时A受到的滑动摩擦力大小为 3N ,A对竖直墙壁的压强为 200Pa 。
【答案】3N;200Pa。
【分析】(1)物体A沿着墙壁竖直向上做匀速直线运动,处于平衡状态,受平衡力,此时在竖直方向上物体A受到重力、推力、滑动摩擦力的作用,并且F2=G+f,据此求物体A受到的滑动摩擦力大小;
(2)由于固体能大小不变的传递压力,A对竖直墙壁的压力等于F1,求出受力面积,利用p=求A对竖直墙壁的压强。
【解答】解:
(1)物体A沿着墙壁竖直向上做匀速直线运动,处于平衡状态,物体A受到竖直向上力F2与重力、滑动摩擦力的合力是平衡力,
可得:F2=G+f,
物体A受到的滑动摩擦力大小:
f=F2﹣G=4N﹣1N=3N;
(2)因为固体能大小不变的传递压力,
所以A对竖直墙壁的压力:
F压=F1=2N,
受力面积S=10cm×10cm=100cm2=0.01m2,
A对竖直墙壁的压强:
p===200Pa。
故答案为:3N;200Pa。
【变式训练】(2023春•上蔡县期末)如图,重为40N的物体,被60N的水平压力F1压在竖直墙壁上保持静止,物体与墙壁的接触面积为100cm2,则墙壁受到的压强是 6000 Pa,物体受到的摩擦力f1为 40 N;再将其置于水平桌面上,在25N的水平拉力F2作用下做匀速直线运动,当拉力变为40N,则其受到的摩擦力为 25 N。
【答案】6000;40;25。
【分析】(1)固体可以大小不变的传递压力,根据p=求出墙壁受到的压强;
(2)物体静止处于平衡状态,竖直方向受到的重力和摩擦力是一对平衡力,二力大小相等;
(3)物体在水平面上做匀速直线运动时处于平衡状态,受到的摩擦力和拉力是一对平衡力,根据影响滑动摩擦力大小的因素判断拉力变为40N时的摩擦力。
【解答】解:(1)因固体可以大小不变的传递压力,所以墙壁受到物体的压力:F1=60N,
墙壁受到的压强:p===6000Pa;
(2)因物体被压在竖直墙壁上保持静止(处于平衡状态),竖直方向受到的重力和摩擦力是一对平衡力,所以物体受到的摩擦力f1=G=40N;
(3)物体在水平面上做匀速直线运动时处于平衡状态,受到的摩擦力和拉力是一对平衡力,
所以,此时物体受到的摩擦力f2=F2=25N,
当拉力变为40N时,因接触面的粗糙程度和压力均不变,
所以,物体受到的摩擦力不变,仍然是25N。
故答案为:6000;40;25。
【典例3】(2023春•无锡期中)小明为了探究“放在斜面上的物体对斜面的压力跟斜面倾斜程度的关系”,进行了实验,步骤如下:①用双面胶将一个200克的钩码固定在1米长的塑料直尺的中间,将直尺的一头固定在桌子的一端,如图甲所示;②缓缓抬起右端,让直尺与水平方向有一定的夹角,如图乙所示;③继续抬高右端,增大直尺与水平方向的夹角,如图丙所示。
(1)该实验中,小明是通过 直尺的形变程度 来判断物体对斜面压力的大小;
(2)分析三次实验的现象,可以得出的结论是:其他条件相同时, 斜面倾斜程度越大,压力越小
(3)小明用长木板和木块2搭成图1的斜面。把物体从斜面底端拉到顶端,然后把木块2向右移动一段距离(如图2所示),再把物体从斜面底端拉到顶端,比较两次实验中物体受到的摩擦力f1 小于 f2.(选填“大于”“等于”或“小于”)
【答案】(1)直尺的形变程度;(2)斜面倾斜程度越大,压力越小;(3)小于。
【分析】(1)由题意及实验的现象可知,物体对斜面的压力不同则斜面的形变程度不同;
(2)由图可知三次实验现象中,斜面的倾斜程度越大则尺子的形变越小,故说明压力减小;
(3)摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度有关。
【解答】解:(1)因尺子的形变程度与它所受的压力有关,压力越大,则尺子的形变量越大,故可以由尺子的形变程度判断物体对斜面的压力大小。
(2)由甲、乙、丙三次实验的现象可知,其他条件相同时,直尺与水平方向的夹角增大时,尺子的形变程度变小,说明斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度增大而减小。
(3)比较图2和图1可知,接触面的粗糙程度不变,斜面倾斜程度变小,故物体对斜面的压力变大,则物体受到的摩擦力变大,即f1小于f2。
故答案为:(1)直尺的形变程度;(2)斜面倾斜程度越大,压力越小;(3)小于。
【变式训练】(2019春•南关区校级月考)小明同学为了探究“放在斜面上的物体对斜面的压力跟斜面倾斜程度的关系”,进行了如下实验:①用双面胶将一个200g的钩码固定在1m 长的塑料直尺的中间,将直尺的一头固定在桌子的一端,如图(甲)所示;②缓缓抬起右端,让直尺与水平方向有一定的夹角,如图(乙)所示;③继续抬高右端,增大直尺与水平方向的夹角,如图(丙)所示。
(1)该实验中,小明是通过尺子 形变程度 来判断物体对斜面压力的大小:
(2)分析三次实验的现象,可以得出的结论是斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度增大而 减小 。
【答案】(1)形变程度;(2)减小。
【分析】(1)由题意及实验的现象可知,物体对斜面的压力不同则斜面的形变程度不同;
(2)由图可知三次实验现象中,斜面的倾斜程度越大则尺子的形变越小,故说明压力减小。
【解答】解:(1)因尺子的形变程度与物体所受的压力有关,压力越大,则物体的形变量越大,故可以由尺子形变程度判断物体对斜面的压力大小。
(2)由三次实验的现象可知,当斜面倾角变大时,尺子的倾斜程度变小,说明斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度增大而减小。
故答案为:(1)形变程度;(2)减小。
考点2 液体压力与压强
※易错提醒:a.“液体深度”与“到液面高度”分清楚(例1);b.误认为液体总会从高处向低处流(例2)。
拔尖特训:液体对容器底的压力和液体重力的关系(例3)。
【典例1】(2023春•蓬溪县期中)如图所示,放在水平桌面上的容器,侧壁上有一开口弯管,弯管内的液面高度h1=0.8m;其顶部和底部的面积均为0.1m2,顶部到底部的高度h2=0.6m,容器中的液体密度为1.2×103kg/m3,则液体对容器顶部的压强为 2400 Pa,压力为 240 N,如果液面上升5cm,液体对容器底的压强将增加 600 Pa。(g取10N/kg)
【答案】2400;240;600。
【分析】(1)根据图示可求出顶部到液面的深度,根据p=ρ液gh求出顶部受到水的压强,根据p=求出顶部受的压力。
(2)根据Δp=ρ液gΔh求出液体对容器底压强的增加量。
【解答】解:(1)顶部距离液面的深度:h=h1﹣h2=0.8m﹣0.6m=0.2m,
液体对容器顶部的压强:p=ρ液gh=1.2×103kg/m3×10N/kg×0.2m=2.4×103Pa;
由p=可得,液体对容器顶部的压力:F=pS=2.4×103Pa×0.1m2=240N;
(2)如果液面上升5cm,液体对容器底增加的压强:Δp=ρ液gΔh=1.2×103kg/m3×10N/kg×5×10﹣2m=600Pa。
故答案为:2400;240;600。
【变式训练】(2023•广东模拟)如图所示,容器里装有重力为G、密度为ρ的液体,图中A点的液体压强pA= ρgh1 ,在与A点同一水平面上的B点液体的压强pB= ρgh1 。如果容器的底面积为S,则液体对容器底部的压力F= ρg(h1+h2)S 。
【答案】ρgh1;ρgh1;ρg(h1+h2)S。
【分析】根据p=ρgh计算液体压强;根据p=的变形式计算液体对容器底部的压力。
【解答】解:从图中可知A、B两点的深度都为h1,根据p=ρgh可知图中A点的液体压强pA=ρgh1,在与A点同一水平面上的B点液体的压强pB=ρgh1;
容器底的深度为h1+h2,根据p=ρgh可知容器底的液体压强p=ρg(h1+h2),根据p=的变形式可知液体对容器底部的压力F=pS=ρg(h1+h2)S。
故答案为:ρgh1;ρgh1;ρg(h1+h2)S。
【典例2】(2019•青海)如图,A、B为两容器,用一带阀门的管子相连,装有同一种液体,液面相平,则a、b两处的压强pa < pb(填“>”、“<”或“=”)。当打开阀门时,液体 不流动 (填“流动”或“不流动”)。
【答案】<;不流动。
【分析】根据p=ρgh分析a、b两处的压强;
上端开口,下部通过阀门相连,属于连通器;连通器的特点:连通器内装同种液体,当液体静止时,液面总是相平的。
【解答】解:如图可知,ha<hb,且装有同一种液体,由p=ρgh可知,pa<pb,
当阀门打开时,A和B的上端开口底部连通,构成了连通器。
由于容器中装同一种液体水,并且液面相平,因此打开阀门后,液面仍保持相平,故液体不会流动。
故答案为:<;不流动。
【变式训练】(2023春•长垣市期末)如图轮船由上游通过船闸驶往下游的情况:首先关闭阀门 B (用字母表示),打开阀门A,闸室和上游水道构成了一个 连通器 。当闸室水面与上游水面相平后,打开闸门,船驶入闸室。当闸室水面下降到和下游水面相平时,打开闸门 D (用字母表示),船驶向下游。
【答案】B;连通器;D。
【分析】船闸是利用连通器的原理来工作的,当连通器中的液体不流动时,液面会保持相平,船闸工作过程中,闸室分别跟上游和下游形成连通器,用来调节水面落差,使船通行。
【解答】解:由图可知,轮船由上游通过船闸驶往下游时,首先关闭阀门B,打开阀门A,闸室和上游水道构成了一个连通器。
当闸室水面与上游水面相平后,打开闸门C,船驶入闸室。打开阀门B,当闸室水面下降到和下游水面相平时,打开闸门D,船驶向下游。
故答案为:B;连通器;D。
【典例3】(2023春•巩义市期末)如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两圆形平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。容器对桌面的压力分别为F甲F乙,液体对容器底部的压力分别为F甲'、F乙'。下列关系正确的是( )
A.F甲>F乙B.F甲<F乙C.F甲'>F乙'D.F甲'<F乙'
【答案】C。
【分析】容器对水平桌面的压力等于容器的重力与液体的重力之和;液体对底的压力可以根据液体产生的压力和水重力的关系进行分析,注意上下粗细一样的容器中,液体对容器底的压力等于液体的重力;上面粗、下面细的容器中液体对容器底的压力小于液体的重力;上面细、下面粗的容器中液体的压力大于液体的重力。
【解答】解:AB.容器对水平桌面的压力等于容器的重力与液体的重力之和,因两种液体的质量相等,则液体的重力相等,容器的底面积和质量都相同,则对桌面的压力F甲=F乙,故AB错误。
CD.甲容器是柱形容器,容器底部受到液体的压力等于液体的重力;乙容器上面粗、下面细,一部分液体压在容器的侧壁上,容器底部受到液体的压力小于容器中液体的重力,则有 F甲′>F乙′,故C正确,D错误。
故选:C。
【变式训练】(2023春•紫金县校级月考)如图所示,重为G1的容器放在水平桌面上,容器内盛有重为G2的液体。若用F1表示容器对桌面的压力,F2表示液体对容器底的压力,则F1和F2应满足的关系是( )
A.F1=G1+G2,F2=G2B.F1>G1+G2,F2>G2
C.F1<G1+G2,F2=G2D.F1=G1+G2,F2>G2
【答案】D。
【分析】解答此题的关键,是对F1、F2,这两个压力进行分析。
首先看水对容器底的压力,由于容器不规则,要先求出水对容器底的压强,再由F=pS来判断水对容器底的压力。
容器对桌面的压力属于固体压力的计算,由于容器位于水平桌面上,所以容器和水的总重等于容器对桌面的压力。
【解答】解:设容器内液体的深度为h,容器的底面积为S;
那么液体对容器底的压强为:p=ρgh;
由p=可得,
液体对容器底的压力为:F2=pS=ρghS>ρgV液=G2,即 F2>G2;
容器对桌面的压力为液体和容器的总重,即:F1=G1+G2;
故选:D。
考点3 气体压力与压强
※易错提醒:判断是否与大气压有关(例1)。
拔尖特训:①粗略测量大气压(例3);②水气压计(例2)。
【典例1】(2023•成都)如图所示的现象中,没有利用大气压的是( )
A.“吸盘”挂钩贴在竖直墙面上
B.用注射器将药液注入肌肉
C.用吸管将饮料“吸”入口中
D.用硬纸片“托住”杯中的水
【答案】B。
【分析】大气压的存在能够解释很多现象,这些现象有一个共性:通过某种方法,使设备的内部气压小于外界大气压,在外界大气压的作用下出现了这种现象。
【解答】解:A、把吸盘紧压在光滑的墙壁上,把吸盘内的空气排出,大气压就把吸盘紧压在了墙壁上,利用了大气压,故A不符合题意;
B、医生给注射器内吸药液时用到了大气压,但现在是向病人体内注射药液,利用的是人的推力,与大气压无关,故B符合题意;
C、用力吸气,吸管内的气压小于外界大气压,饮料在外界大气压的作用下,被压入口腔内,利用了大气压,故C不符合题意;
D、杯口的纸片不下落,是典型的“覆杯实验”实验,是大气压作用的结果,故D不符合题意。
故选:B。
【变式训练】(2023•桂林)如图所示的实例中,利用了大气压的是( )
车启动时人向后倾
B.用铅垂线检查墙是否竖直
C.吸盘能紧贴在光滑墙面上
D.苹果浮在水面上
【答案】C。
【分析】大气压的存在能够解释很多现象,这些现象有一个共性:通过某种方法,使设备的内部气压小于外界大气压,在外界大气压的作用下出现了这种现象,据此对各选项逐一进行分析做出判断。
【解答】解:
A.车启动时,人的下半身随汽车一起向前运动,而人的上半身由于惯性要保持原来的静止状态,因此人相对于车要向后倾斜,故A不符合题意;
B.砌墙时,施工人员用重垂线来检查墙是否竖直,利用了重力的方向总是竖直向下的原理,故B不符合题意;
C.用力挤压,排出吸盘内的空气,使里面接近真空,内部气压远小于外界大气压,此时吸盘就会在大气压的作用下紧贴在光滑墙面上,故C符合题意;
D.苹果浮在水面上,是由于苹果受到的浮力和自身的重力相等,故D不符合题意。
故选:C。
【典例2】(2019•本溪)(1)如图甲所示,玻璃瓶中装入适量带色的水,从玻璃管吹入少量空气,使管中水面高于瓶口。将此装置由一楼拿到十楼,发现玻璃管中的液柱 升高 ,说明大气压随高度的增加而 减小 。
(2)如图乙所示,把玻璃瓶中装满带色的水,双手迅速用力捏玻璃瓶,发现玻璃管中的液柱上升,说明力可以 改变物体的形状 。
(3)如果把乙图中玻璃瓶转移到温度较高的一瓶中,发现玻璃管中的液柱也能上升,此现象说明液体具有 热胀冷缩 的性质,根据这个性质制成了温度计。
【答案】(1)升高、减小;(2)改变物体的形状;(3)热胀冷缩。
【分析】(1)把气压计从山脚带到山顶时,发生变化的是海拔高度,而大气压随海拔的升高而减小;
(2)力的作用效果:一是改变物体的形状,二是改变物体的运动状态;
(3)常用温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制成的。
【解答】解:(1)把该装置从一楼拿到十楼,瓶内空气的压强不变,由于外界大气压减小,玻璃管内液面升高,可得出结论:大气压随高度的增加而减小;
(2)用双手挤压玻璃瓶,因瓶子的容积会减小,玻璃瓶内气压增大,所以会观察到细玻璃管内的水柱上升;这一现象说明力可以改变物体的形状;
(3)把玻璃瓶转移到温度较高的环境中,发现玻璃管中的液柱也能上升,此现象说明液体具有热胀冷缩的性质,根据这个性质制成了温度计。
故答案为:(1)升高、减小;(2)改变物体的形状;(3)热胀冷缩。
【变式训练】(2023•荆州)小明在学习了大气压强的知识后,自制了一个如图所示的气压计,瓶中装有适量的水,当他将自制气压计由楼下拿到楼上时发现细玻璃管中液面上升,说明大气压随高度的增加而 减小 (选填“增大”、“减小”或“不变”)。若他将这个瓶子装满水,戴着隔热手套捏瓶子,发现细玻璃管中液面也能上升,说明力能使物体发生 形变 。他还发现将装满水的瓶子放入热水中,细玻璃管中液面仍能上升,这又成了一支自制温度计,它的工作原理是 液体的热胀冷缩 ,在此过程中瓶内水的密度将 变小 。(选填“变大”、“变小”或“不变”)
【答案】减小;形变;液体的热胀冷缩;变小。
【分析】(1)根据大气压和海拔的关系解答。
(2)力可以改变物体的运动状态,也可以使物体发生形变。
(3)常用温度计是根据液体热胀冷缩的原理制成的;根据密度公式分析。
【解答】解:(1)大气压随着高度的增大而减小。
(2)若他将这个瓶子装满水,戴着隔热手套捏瓶子,发现细玻璃管中液面也能上升,隔热手套排除了温度对液体的影响,所以水柱升高是因为瓶子发生了形变造成的。
(3)将装满水的瓶子放入热水中,细玻璃管中液面仍能上升,其原因是液体受热体积膨胀造成的,它的工作原理是液体的热胀冷缩;
瓶内水的质量不变,体积增大,根据密度公式ρ=得知,水的密度变小。
故答案为:减小;形变;液体的热胀冷缩;变小。
【典例3】(2023春•常熟市月考)用注射器估测大气压的值实验中。
(1)实验中,分析研究的对象是大气对 活塞 (填“针筒”、“活塞”)的压力;
(2)实验过程中他们让弹簧测力计和注射器保持在水平方向,可以减小活塞的 重力 对实验的影响,从而提高实验的精确程度。当活塞相对于针筒开始滑动时,可以近似看成研究对象在水平方向所受拉力F与所受的大气压力是一对 平衡力 (平衡力/相互作用力);
(3)研究对象受大气压力的受力面积等于注射器的截面积。读出注射器的容积V,再用刻度尺测出有刻度部分的长度L,计算大气压值,其表达式为p= 。
(4)实验中,小华正确使用了测量仪器,且读数正确,但她发现测量结果总是偏小,其主要原因是 注射器中的空气无法排尽 。
(5)另一方面,考虑到活塞与针筒之间的摩擦力对实验的影响,小华改进了实验,如图2所示,将注射器筒固定在水平桌面上,活塞通过水平细线及定滑轮与烧杯相连,向烧杯中缓慢加水,当活塞刚开始向左滑动时,测得杯和水的重力为9.8N,然后向外缓慢抽出杯中的水,当活塞刚开始向右滑动时,测得杯和水的重力为5.6N,已知活塞面积为7×10﹣5m2,则活塞与注射器之间的摩擦力为 2.1 N,所测大气压的值应为 1.1×105 Pa。
【答案】(1)活塞;(3)重力;平衡力;(3);(4)注射器中的空气无法排尽;(5)2.1;1.1×105。
【分析】(1)明确实验的原理,确定研究对象;
(2)当弹簧测力计和注射器筒不在水平方向时,活塞的重力会影响测得的拉力,从而影响测得的大气压;当注射器中的活塞开始滑动时,二力平衡可通过弹簧测力计测出大气压力,此时弹簧测力计的示数与所受的大气压力相等;
(3)利用压强公式p=,确定压强表达式;
(4)注射器筒内空气没有排尽会导致测量值小于真实值;
(5)当注射器中的活塞开始向左滑动时,此时摩擦力与所受的大气压力方向相同;当注射器中的活塞开始向右滑动时,此时摩擦力与所受的大气压力方向相反;根据p=,求得压强值。
【解答】解:(1)该实验中以活塞为研究对象;分析研究的是大气对活塞的压力;
(2)当弹簧测力计和注射器筒不在水平方向时,由于活塞受重力的作用,使得测力计的拉力不等于大气压力,从而影响测得的大气压,所以让弹簧测力计和注射器筒保持在水平方向,目的是为了减小活塞自身重力对实验的影响,从而提高实验的准确程度。当注射器中的活塞开始滑动时,弹簧测力计的拉力与大气的压力刚好平衡,利用二力平衡原理来测出大气对活塞的压力;
(3)注射器全部刻度部分的长度L、体积V,得出活塞的面积S=,将测量结果代入压强公式得:p===,
(4)活塞与注射器筒壁不完全密封,橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体,都会使拉力变小,在面积不变的情况下,测得的大气压会偏小;
(5)当注射器中的活塞开始向左滑动时,G1=9.8N,对活塞受力分析:F+f=G1=9.8N;
当注射器中的活塞开始向右滑动时,G2=5.6N,对活塞受力分析:F﹣f=G2=5.6N;
两式联立解得:F=7.7N,f=2.1N,所测大气压的值:p===1.1×105Pa。
故答案为:(1)活塞;(3)重力;平衡力;(3);(4)注射器中的空气无法排尽;(5)2.1;1.1×105。
【变式训练】(2023•泰州)小明用2mL的注射器、量程为0~10N的弹簧测力计和刻度尺粗略测量大气压的值,本实验的原理是二力平衡和p= 。
步骤一:把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽封住注射器的小孔。
步骤二:如图所示安装好器材,水平向右缓慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞 刚被拉动 时,记下弹簧测力计的示数为5.2N。
步骤三:用刻度尺测出注射器 有刻度部分的 长度为4.00cm。
步骤四:算出大气压强值为 1.04×105 Pa。
同组的小华分析了影响实验结果的可能因素后,对实验进行了如下改进:
①将步骤一改为:先将注射器内抽满水,再竖直向上推动活塞至注射器筒的底端,然后用橡皮帽封住注射器的小孔,这样便于 排空注射器内的空气 。
②取下橡皮帽,重复步骤二的操作,读得弹簧测力计的示数为0.3N,由此可知,此时活塞所受到的 摩擦力 (摩擦力/大气压力)为0.3N。
小华根据改进后测得的数据,重新计算了大气压的值。
【答案】;刚被拉动;有刻度部分的;1.04×105Pa;①排空注射器内的空气;②摩擦力。
【分析】(1)根据二力平衡的条件和p=测量大气压;
(2)当活塞刚刚拉动时,弹簧测力计的拉力与大气对活塞的压力是一对平衡力;
(3)用刻度尺测出注射器有刻度部分的长度;
(4)根据公式p===将测得的压力和面积代入公式即可算出压强的大小;
①先将注射器内抽满水,再竖直向上推动活塞至注射器筒的底端,这样可排尽注射器小孔中残余气体,减小实验过程中的测量误差;
②如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力,注射器在拉力F作用下平衡时,拉力F大于大气对活塞的压力,从而影响测量结果。
【解答】解:本实验的原理是二力平衡和p=;
由于注射器活塞颈部用绳与弹簧测力计的挂钩相连,应水平向右慢慢拉动注射器筒,这样相当于水平向右拉动弹簧测力计的挂钩;当注射器中的活塞开始运动时,说明此时拉力等于大气对活塞的压力。故记下的弹簧测力计示数,就是大气对活塞的压力F=5.2N;
注射器全部刻度的长度为L=4.00cm,有刻度部分的容积为V=2ml,注射器活塞的横截面积为S=,
此时大气压的数值p====1.04×105Pa;
①橡皮帽封住的注射器小孔中有残余气体,产生的力会和外部大气压力抵消一部分,这样使得弹簧测力计受到的拉力减小,在面积不变的情况下,测得的大气压会偏小;先将注射器内抽满水,再竖直向上推动活塞至注射器筒的底端,使水充满在注射器小孔中,这样可排尽注射器小孔中残余气体,减小实验过程中的测量的误差;
②如果活塞与注射器内壁间存在摩擦力,注射器在拉力F作用下平衡时,拉力F大于大气对活塞的压力,从而使测量值偏大。所以小华取下橡皮帽,重复步骤二的操作,读得弹簧测力计的示数为0.3N,此时活塞所受到的摩擦力为0.3N。
故答案为:;刚被拉动;有刻度部分的;1.04×105Pa;①排空注射器内的空气;②摩擦力。
考点4 流体压力与压强
※易错提醒:不能区分普通飞机(利用流体压强与流速关系的原理)和直升飞机(利用力的作用相互的原理)的升空原理(例1)。
拔尖特训:流体压强的综合计算(例2)。
【典例1】(2023•自贡模拟)2017年4月,我国国产直升机AC311A成功试飞。直升机能停留在空中,是因为旋转的机翼对空气施加了向下的力,根据物体间力的作用是 相互的 ,空气对机翼也施加了向上的力,所以直升机能够停留在空中。另外,我国国产大飞机C919于5月也完成了首飞,客机在飞行时,机翼上表面空气流速大,压强 小 ,因此获得向上的升力。
【答案】相互的;小。
【分析】(1)物体间力的作用是相互的,螺旋桨在对空气施力的同时,也受到空气对它施加的反作用力;
(2)流体压强与流速的关系:流速越大,压强越小;流速越小,压强越大。
【解答】解:(1)直升机旋转的机翼对空气施加了一个竖直向下的力,由于物体间力的作用是相互的,所以空气对直升机施加了一个竖直向上的反作用力,这个力就是飞机向上的升力。
(2)客机在飞行时,机翼上方的空气流速大,压强小;机翼下方的空气流速小,压强大,所以机翼受到一个向上的压强差,飞机受到向上的升力。
故答案为:相互的;小。
【变式训练】(2019•黑龙江)六一儿童节,小华和爸爸到公园游玩,在湖面上划船时,用力向后划水,船就会前行,这是利用了物体间 力的作用是相互的 ;这时一艘快艇从小船旁边急速驶过,小华发现小船向快艇方向靠近,这是因为在流体中流速越大的位置压强越 小 。
【答案】力的作用是相互的;小。
【分析】(1)力是物体对物体的作用,物体间力的作用是相互的;
(2)在流体中,流动速度越大的位置,压强越小。
【解答】解:(1)船桨向后划水,给水施加了向后的力,由于物体间力的作用是相互的,因此水就会对船施加一个反作用力,船向前运动;
(2)在流体中流速越大的位置压强越小。快艇从小船旁边急速驶过,快艇与小船之间的水流速度大于小船外侧的水流速度,快艇与小船之间水流压强变小,外侧水流压强较大,将小船推向快艇一侧。
故答案为:力的作用是相互的;小。
【典例2】(2019秋•磐安县月考)一次飓风发生时,屋外气压急剧降到9×104pa,当时房间门窗紧闭,可以认为室内气压是1个标准大气压(取1×105Pa).若室内屋顶的面积为100m2,屋顶受到的压力足以将屋顶掀翻。
(1)为什么屋外气压会急剧下降?
(2)求由于内外压强差使屋顶受到的大气压力的大小和方向。
【答案】(1)屋外空气流速增大,气压减小;
(2)大气压力1×106N;方向竖直向上。
【分析】(1)飓风发生时,空气流速加快,屋外压强减小。
(2)屋内气压大于屋外气压,根据公式F=PS可求压力差,压力方向与压力大的方向相同。
【解答】解:
(1)屋外有飓风发生时,屋外空气流动速度增大,气压急剧减小;
(2)屋内外的气体压强差:△p=p1﹣p2=1×105pa﹣9×104pa=1×104pa。
屋顶受到的力:F=△pS=1×104pa×100m2=1×106N;
由于屋内气压较大,则屋顶受到力的方向竖直向上。
答:(1)屋外空气流速增大,气压减小;
(2)大气压力1×106N;方向竖直向上。
【变式训练】(2023春•洪山区期中)一次飓风发生时,屋外气压急剧降到9×104Pa,这是因为 屋外空气流速变大,压强变小 当时门窗紧闭,可以认为室内气压是标准大气压,粗略取作1×105Pa,若室内屋顶是平的且面积为100m2,这时屋顶受到的内外压力差为 1×106 N,方向 竖直向上 。
【答案】屋外空气流速变大,压强变小;1×106;竖直向上。
【分析】气体和液体都属于流体,在流体中,流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。
先计算压强差,再根据F=PS计算压力差。屋内气压大于屋外气压,根据公式F=pS可求压力差。
由于室内的向上的压力大于室外向下的压力,所以压力差的方向为竖直向上。
【解答】解:飓风发生时,屋外空气相对于屋内来说空气的流速很大,压强较小,室外气压急剧下降。
室内气压是标准大气压,即:1×105Pa.若室内屋顶的面积是100m2,这时:
屋顶所受到的内外压强差为△p=p内﹣p外=1×105Pa﹣9×104Pa=1×104Pa,
屋顶受到的压力差F=△p×S=1×104Pa×100m2=1×106N,巨大的压力可将屋顶掀飞。
由于室内的向上的压力大于室外向下的压力,所以,方向为竖直向上。
故答案为:屋外空气流速变大,压强变小;1×106;竖直向上。
【典例3】(2023秋•杭州期中)我省不少地方建有风力发电站,绿色环保无污染。若同时需在山上建一种简约却不易被吹飞的休息站,其独特的支架悬空形状发挥作用。下列哪个休息站的形状符合要求( )
A.B.
C.D.
【答案】A。
【分析】流体的压强跟流速有关,流速越大的位置压强越小。比较屋顶上下的空气流动速度,比较屋顶上下受到的压强,再比较屋顶受到向上和向下的压力。
【解答】解:A、“上平下凸”,横风吹过该结构时,其上方气体流速小,压强大;下方流速大,压强小,使其受到向下的压强、压力差,从而避免被强横风吹得移位,故A符合题意;
B、房子设计成图B所示的圆顶,尽管容易清除积雪,但屋顶受到向上的压强等于向下的压强,受到的向上的压力等于向下的压力,不能避免被强横风吹得移位,故B不符合题意;
C、房子设计成图C所示的圆顶,风刮过屋顶,屋顶上方的空气流动速度大,压强小;屋内空气流动速度小,压强大,屋顶受到向上的压强大于向下的压强,受到的向上的压力大于向下的压力,产生一个向上的压力差,不能避免被强横风吹得移位,故C不符合题意,
D、图中上下表面水平,屋顶受到向上的压强等于向下的压强,受到的向上的压力等于向下的压力,不能避免被强横风吹得移位,故D不符合题意。
故选:A。
【变式训练】(2023春•二道区期末)不同的飞机获得升力的原理可能会不同。如直升机能够停留在空中,是因为旋转的旋翼对空气施加了向下的力,根据物体间力的作用是 相互 的,空气对旋翼施加了向上的力,使飞机获得向上的升力。而客机在飞行时,机翼下表面比上表面的空气流速 小 ,压强 大 ,因此获得向上的升力。
【答案】相互;小;大。
【分析】(1)力是物体对物体的作用,一个物体对别的物体施力时,同时也受到后者对它的作用力;
(2)流体的压强与流速有关,流体在流速大的地方压强较小,在流速小的地方压强较大。
【解答】解:旋转的旋翼对空气施加了向下的力,空气就会给旋翼一个向上的力,说明物体间力的作用是相互的;客机在飞行时,机翼下表面比上表面的空气流速小,压强大,因此获得向上的升力。
故答案为:相互;小;大。
能力提升训练
一、选择题。
1.(2023秋•嘉定区校级期中)一份报纸,对折后平放在水平桌面上,则它对桌面的压强约为( )
A.1帕B.2帕C.4帕D.无法确定
【答案】B。
【分析】根据教材中所提供的数据可知,一张报纸平放在水平桌面上时对桌面的压强;当报纸对折后平放在水平桌面上时,对桌面的压力不变,受力面积减小一半,根据p=可知报纸对桌面压强的变化,然后得出答案。
【解答】解:根据教材中所提供的数据可知,一张报纸平放在水平桌面上,报纸对桌面的压强约为1帕;
若把这张报纸对折后再平放在水平桌面上,报纸对桌面的压力不变,受力面积减小一半,
由p=可知,报纸对桌面的压强变为原来的2倍,即2帕。
故选:B。
2.(2023•成都模拟)我们身边看似“轻小”的空气,其实蕴含着巨大的力量,能够帮助我们完成很多工作。以下实例,与大气压作用无关的是( )
A.用吸管吸瓶中的饮料
B.茶壶盖上开小孔
C.拦河大坝修建成上窄下宽
D.人体吸入新鲜空气
【答案】C。
【分析】大气压的利用一般都是在某处使气压降低,然后在外界大气压的作用下,产生了某种效果。
【解答】解:
A.用吸管吸瓶中的饮料是利用大气压强,吸饮料时,先把吸管内的空气吸走,在外界大气压的作用下,饮料就被压进吸管里,故A不符合题意;
B.茶壶盖上开小孔是利用大气压强,使壶内与壶外的大气压相同,方便水被倒出,故B不符合题意;
C.拦河大坝修建成上窄下宽是利用液体压强与深度的关系,深度越深液体的压强越大,所以拦河大坝修建成上窄下宽,故C符合题意;
D.人体吸入新鲜空气利用大气压强,人先排出肺内的空气后,在外界大气压的作用下,新鲜空气就被压进肺里,故D不符合题意。
故选:C。
3.(2023春•滨海县月考)如图所示,三个底面积相同,但开口形状不同的容器放在水平桌面上,往容器中加入相同深度的水,则三个容器底受到的压力( )
A.甲最大B.乙最大C.丙最大D.一样大
【答案】D。
【分析】首先根据p=ρgh判断三个容器底受到的压强大小,然后根据F=pS判断三个容器底受到的压力大小。
【解答】解:由于三个容器内水的深度相同,由p=ρgh可知,水对三个容器底产生的压强相等,又知三个容器底面积相等,根据p=可得F=pS,可知三个容器底受到的压力一样大。
故选:D。
4.(2023秋•上城区期末)大气压在抗击新冠肺炎疫情中发挥了重要作用。如“负压病房”,所谓“负压”是指内部的气压低于外部的气压,下列现象中有可能处于“负压”状态的是( )
A.正在熬粥的高压锅内B.吹大后的气球内
C.充满气后的氧气罐内D.人吸气时肺的内部
【答案】D。
【分析】“负压”是指室内的气压低于室外的气压,分析各个选项中相关装置内外的气压关系进行判断。
【解答】解:A.正在熬粥的高压锅内,其内部的气压大于外界大气压,故A不符合题意;
B.吹大后的气球内,其内部的气压大于外界大气压,故B不符合题意;
C.充满气后的氧气罐内,其内部的气压大于外界大气压,故C不符合题意;
D.人吸气时肺内部的气压要小于人体外气压,空气才能压入肺内,故D符合题意。
故选:D。
5.(2023春•九龙坡区期末)对下列实验的解释错误的是( )
A.甲图表明压力相同时,受力面积越小,压力作用效果越明显
B.乙图表明液体向各个方向都有压强
C.丙图吹硬币使硬币翻越木条,是利用流体在流速大的地方压强大的原理
D.丁图实验能测量出标准大气压的值
【答案】C。
【分析】(1)压强的大小与压力和接触面积有关;
(2)液体内部压强与液体的密度和深度有关;
(3)流体压强与流速的关系:流体在流速大的地方压强小,在流速小的地方压强大;
(4)托里拆利实验第一次较为准确的测量出了大气压强的大小。
【解答】解:A、据图可知,右边手指所受的压强大,即说明在压力一定时,接触面积越小,压强越大,故A正确;
B、据图可知,相同的深度,液体喷射的距离相同,即说明同一深度,液体内部向各个方向的压强相等,故B正确;
C、口吹硬币跳过栏杆,硬币上放的空气流速大,压强小,硬币下方的空气流速小,压强大,故硬币在较大的压强的作用下跳起,故说明气体流速大的地方压强小,故C错误;
D、据图可知,托里拆利实验中玻璃管上方是真空,即管中水银柱的压强与外界大气压相等,所以通过计算水银柱的压强而测量出了大气压强的大小,故D正确;
故选:C。
6.(2023秋•杨浦区期末)九年级第一学期物理练习册共有70页,平放在水平桌面中央时,它对桌面的压强约为( )
A.1帕B.35帕C.70帕D.140帕
【答案】B。
【分析】(1)根据一页纸的重力约为0.05N,估算出70页物理练习册的重力;
(2)根据物理练习册对水平桌面的压力和自身的重力相等F=G求出其压力大小,一页纸的面积约为0.06m2,利用p= 求出对水平桌面的压强。
【解答】解:一页纸的重力约为0.05N,则70页物理练习册为35页,总重力约为:
G总=nG=35×0.05N=1.75N;
因水平面上物体的压力和自身的重力相等,
所以,物理练习册对水平桌面的压力:
F=G总=1.75N;
一页纸的面积约为0.06m2,即受力面积约为0.06m2
则该物理练习册对水平桌面的压强约为:
p===29Pa;
结合选项可知,与35Pa相接近,故B正确、ACD错误。
故选:B。
7.(2023秋•普陀区期末)如图所示,甲、乙两个实心均匀正方体放在水平地面上,沿竖直方向在两个正方体上分别切去相同宽度,甲、乙剩余部分对地面的压强相等,则下列关于甲、乙正方体切去部分质量m甲'和m乙'的大小关系正确的是( )
A.m甲'一定大于m乙'B.m甲'一定等于m乙'
C.m甲'可能小于m乙'D.m甲'可能不等于m乙'
【答案】A。
【分析】(1)根据沿竖直方向切相同宽度后甲、乙剩余部分对地面的压强相等即 p甲=p乙;由水平放置的实心均匀正方体对地面的压强公式p=,可推知甲、乙正方体切去部分对地面的压强也相等 即p甲'=p乙';根据固体压强公式p==,结合p甲'=p乙',可得切去部分的压强等式;
(3)由切去部分的底面积表达式S甲'=L甲×Δh,S乙'=L乙×Δh,可比较出S甲和S乙的大小关系,结合等式,即可推出切去部分质量m甲'和m乙'的大小关系。
【解答】解:设甲、乙两正方体的边长分别为L甲、L乙,根据题意可知,沿竖直方向切相同宽度后,甲、乙剩余部分对地面的压强相等,即 p甲=p乙;
由水平放置的实心均匀正方体对地面的压强公式p=,可知ρ甲L甲g=L乙ρ乙g;
故可推知甲、乙正方体切去部分对地面的压强也相等 即p甲'=p乙';
根据固体压强公式p==,则切去部分的压强还可表示为:;
切去前S甲>S乙,分别切去相同宽度Δh,则切去部分的底面积S甲'=L甲×Δh,S乙'=L乙×Δh;
又由图可知L甲>L乙,则S甲'>S乙',结合等式,故可得m甲'>m乙'。
故选:A。
8.(2023•长沙模拟)如图所示,完全相同的两个容器中分别装入甲、乙两种不同的液体,下列分析正确的是( )
A.若甲乙的质量相等,则A点的压强等于B点的压强
B.若甲乙的质量相等,则C点的压强小于D点的压强
C.若甲乙对容器底部的压强相等,若要使甲对容器底部的压强小于乙对容器底部的压强,可以在两容器中分别倒入体积相等的液体
D.若甲乙对容器底部的压强相等,则甲的质量一定大于乙的质量
【答案】C。
【分析】(1)若甲乙的质量相等,两个容器完全相同,可知甲、乙两容器中的液体容器底部的压强相等,由图可知,甲、乙两容器内液体的体积关系,由m=ρ液V可知,两容器内液体的密度关系;
两容器完全相同,则容器中向外凸出部分的容积V凸相同,因ρ甲液<ρ乙液,所以由G=mg=ρVg可知乙容器中凸出部分的液体重力较大,而两容器中液体的总重力相等,则两容器中柱形部分的液体重力G甲液′>G乙液′,所以由F=G柱形可知,两容器中液体对容器底部的压力F甲液>F乙液;又因为两个容器完全相同,其底面积相同,由压强定义式可知液体对容器底部的压强p甲液>p乙液;
由图可知,A、B两点到容器底部的距离相等,由p=ρ液gh和ρ甲液<ρ乙液可知,a、b两点到容器底部的压强关系为pA下>pB下,因两容器中的液体对容器底的压强相等,即pA上+pA下>pB上+pB下,进一步分析甲容器中液体对A点的压强和乙容器中液体对B点的压强的大小关系;
(2)同(1)可分析甲容器中液体对C点的压强和乙容器中液体对D点的压强的大小关系;
(3)根据甲乙对容器底部的压强相等,由图可知,甲、乙两容器内液体的深度关系,由p=ρ液gh可知,两容器内液体的密度关系,在两容器中分别倒入体积相等的液体,因两容器相同,则容器内液体升高的高度相等,即△h甲=△h乙,由p=ρ液gh和两容器内液体的密度关系可知,两容器内液体对容器底部的压强增加量的关系,进而判断甲对容器底部的压强和乙对容器底部的压强关系;
(4)根据甲乙对容器底部的压强相等,因两容器相同,由F=pS知甲乙对容器底部的压力相等,则竖直方向上甲的重力等于乙的重力,甲的质量等于乙的质量。由此判断出两种液体的密度大小,即可得到容器凸起液体质量的大小。
【解答】解:
A、由图可知,甲、乙两容器内液体的体积关系为V甲液>V乙液,因两容器中的液体质量相等,所以由m=ρ液V可知,两容器内液体的密度关系为ρ甲液<ρ乙液;
两容器完全相同,则容器中向外凸出部分的容积V凸相同,因ρ甲液<ρ乙液,所以由G=mg=ρVg可知乙容器中凸出部分的液体重力较大,而两容器中液体的总重力相等,则两容器中柱形部分的液体重力G甲液′>G乙液′,所以由F=G柱液可知,两容器中液体对容器底部的压力F甲液>F乙液;又因为两个容器完全相同,其底面积相同,所以由压强定义式可知,两液体对容器底部的压强p甲液>p乙液﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣①
由图可知,A、B两点到容器底部的距离相等,由p=ρ液gh和ρ甲液<ρ乙液可知,A、B两点到容器底部的压强关系为pA下<pB下﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣②;
因p甲液>p乙液,所以,由pA上+pA下>pB上+pB下可知,pA上>pB上,即甲容器中液体对A点的压强大于乙容器中液体对B点的压强,故A错误;
B、由图可知,C、D两点到容器底部的距离相等,由p=ρ液gh和ρ甲液<ρ乙液可知,C、D两点到容器底部的压强关系为pC下<pD下﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣③;
因p甲液>p乙液,所以,由pC上+pC下>pD上+pD下可知,pC上>pD上,即甲容器中液体对C点的压强大于乙容器中液体对D点的压强,故B错误;
C、若甲乙对容器底部的压强相等,由图可知,甲、乙两容器内液体的深度关系为h甲液>h乙液,所以由p=ρ液gh可知,两容器内液体的密度关系为ρ甲液<ρ乙液,在两容器中分别倒入体积相等的液体,因两容器相同,则容器内液体升高的高度相等,即△h甲=△h乙,由p=ρ液gh和ρ甲液<ρ乙液可知,两容器内液体对容器底部的压强增加量关系为△p甲<△p乙,则甲对容器底部的压强小于乙对容器底部的压强,故C正确;
D、若甲乙对容器底部的压强相等,因两容器相同,由F=pS知甲乙对容器底部的压力相等,则容器竖直方向上的甲的质量等于乙的质量,所以ρ甲<ρ乙,即容器凸起部分的甲的质量小于乙的质量,所以总的甲的质量小于乙的总的质量,故D错误。
故选:C。
9.(2023秋•鹿城区期末)在图所示装置中,粗细均匀的细玻璃管上端塞有橡皮塞,管内一段水银柱将一部分气体封闭在玻璃管内。已知玻璃管和橡皮塞总重为G,管的横截面积为S,水银柱高为h,水银的密度为ρ,设当时大气压为p0,管内空气重力不计,则整个装置平衡时,弹簧秤的示数应为( )
A.GB.G+ρghSC.G﹣ρghSD.G+ρghS﹣p0S
【答案】B。
【分析】通过分析图中的装置可以看出,无论气压如何,管内水银柱、空气柱的压强如何,整个装置所受的重力都要通过弹簧测力计的示数体现出来。因此,我们应将整个装置看做一个整体来进行分析,通过给出的量计算出水银柱的重力再加上玻璃管和橡皮塞的总重,即为弹簧测力计的示数。
【解答】解:
将整个装置看做一个整体,则弹簧测力计的示数就等于装置的总重力G总。
管内水银柱的重G水银=F=pS=ρghS,
管和橡皮塞的重加水银重:
G总=G+G水银=G+ρghS。
故选:B。
二、填空题。
10.(2019•西华县二模)用瓶子和细玻璃这些简单的物品可以做一些物理实验,如图甲所示,玻璃瓶中装入适量带色的水,从玻璃管吹入少量空气,使管中水面高于瓶口。将此装置由一楼拿到十楼,忽略温度的影响,会发现玻璃管中的液柱 上升 ;如图乙所示,把玻璃瓶中装满带色的水,双手迅速用力捏玻璃瓶,发现玻璃瓶中的液柱上升,说明力可以 改变物体的形状 ;如果把乙图中玻璃瓶转移到温度较高的环境中,发现玻璃管中的液柱也能上升,此现象说明液体具有 热胀冷缩 的性质,根据这个性质制成了温度计。
【答案】升高;改变物体的形状;热胀冷缩。
【分析】(1)把气压计从山脚带到山顶时,发生变化的是海拔高度,而大气压随海拔的升高而减小;
(2)力的作用效果:一是改变物体的形状,二是改变物体的运动状态;
(3)常用温度计是根据液体的热胀冷缩的性质制成的。
【解答】解:(1)把该装置从一楼拿到十楼,瓶内空气的压强不变,由于外界大气压减小,玻璃管内液面升高,可得出结论:大气压随高度的增加而减小;
(2)用双手挤压玻璃瓶,因瓶子的容积会减小,玻璃瓶内气压增大,所以会观察到细玻璃管内的水柱上升;这一现象说明力可以改变物体的形状;
(3)把玻璃瓶转移到温度较高的环境中,发现玻璃管中的液柱也能上升,此现象说明液体具有热胀冷缩的性质,根据这个性质制成了温度计。
故答案为:升高;改变物体的形状;热胀冷缩。
11.(2023春•陇县期末)如图是乳牛自动喂水器,其中A和B后中间的细管C组成一个 连通器 ,容器A和B的水面在水不流动时总保持 相平 。乳牛饮水后使得B的水面下降,A中的水会由C流向 B ,此时A中的水面会 下降 ,从而将阀门D向上顶开,就自动补水。
【答案】连通器;相平;B;下降。
【分析】A和B的上端开口不相连,而底部相连,符合连通器的构造特点;然后根据连通器和杠杆的特点进行解答。
【解答】解:由图可知:A和B上端开口,底部相连,构成了一个连通器;根据连通器的特点知:在水不流动时,A和B内的水面相平;
乳牛饮水,使B的水面下降,A中的水会经C流向B,此时A中的浮球会随水面下降,从而将阀门D向上顶开,使水流下来补充。
故答案为:连通器;相平;B;下降。
12.(2023春•连山区期末)如图所示,一个底面积是200cm2、高为10cm的柱形容器,顶部有一个面积是40cm2的小孔,孔上装有一根倾斜管子,从管子上端灌水,当h1=20cm时,水对容器底的压强为 3×103 Pa,水对容器底的压力为 60 N;水对容器顶面的压强为 2×103 Pa。(g取10N/kg)
【答案】3×103;60;2×103。
【分析】容器底部的深度为h=h1+h2,根据p=ρgh得出水对容器底部的压强,根据p=可知水对容器底的压力;
容器顶面的深度为h1,根据p=ρgh得出水对容器顶面的压强。
【解答】解:水对容器底部的压强p1=ρg(h1+h2)=1.0×103kg/m3×10N/kg×(20+10)×10﹣2m=3×103Pa,
根据p=可知水对容器底的压力F=p1S=3×103Pa×200×10﹣4m2=60N;
水对容器顶面的压强p2=ρgh1=1.0×103kg/m3×10N/kg×20×10﹣2m=2×103Pa。
故答案为:3×103;60;2×103。
13.(2023春•兰山区期中)如图所示,边长为10cm的正方体A重力为9N,在水平向左的力F1=2N,竖直向下的力F2=1N作用下,沿着水平地面向左做匀速直线运动,则此时A受到的滑动摩擦力大小为 2 N,A对水平地面的压强为 1000 Pa。
【答案】2;1000。
【分析】(1)正方体A沿水平地面向左做匀速直线运动时处于平衡状态,受到的水平向左的力F1和和水平向右的摩擦力是一对平衡力,二力大小相等,据此求出此时A受到的滑动摩擦力;
(2)固体能大小不变的传递压力,A对水平地面的压力等于自身的重力加上竖直向下的力F2,根据S=a2求出正方体A的底面积即为受力面积,利用p=求出A对水平地面的压强。
【解答】解:
(1)正方体A沿水平地面向左做匀速直线运动时处于平衡状态,受到的水平向左的力F1和和水平向右的摩擦力是一对平衡力,
所以,此时A受到的滑动摩擦力:f=F1=2N;
(2)因固体能大小不变的传递压力,
所以,A对水平地面的压力:F=G+F2=9N+1N=10N,
受力面积:S=a2=(10cm)2=100cm2=0.01m2,
A对水平地面的压强:p===1000Pa。
故答案为:2;1000。
14.(2023春•青羊区校级月考)一个水池中水的深度为3m,在距池底1m池壁上有一个小孔,用面积为20cm2塞子刚好塞住。则池底受水的压强大小为 3×104 Pa,而塞子受水的压力大小为 40 N。
【答案】3×104;40。
【分析】(1)根据液体压强公式求出池底受到水的压强;
(2)水池的深度即为水池装满水时底部塞子所处的深度,所以塞子受到水的压强等于池底受到水的压强,根据F=pS求出水对塞子的压力。
【解答】解:(1)池底受水的压强:
p=ρgh=1×103kg/m3×10N/kg×3m=3×104Pa;
(2)在距池底1m池壁上有一个小孔,所以塞子受到水的压强:
p′=ρgh′=1×103kg/m3×10N/kg×(3m﹣1m)=2×104Pa;塞子所受水的压力:
F=pS=2×104Pa×20×10﹣4m2=40N。
故答案为:3×104;40。
三、实验探究题。
15.(2023春•赤峰期末)阅读材料,回答问题
从古至今,科学发现的过程都是一个不断完善、不断修正的过程。
材料一:两千多年前,亚里士多德认为空气没有“重量”,真空是不存在的。
材料二:至少从1614年开始,伽利略却认为空气是有重量的,他的同事兼学生托里拆利在1643年做了如图所示的实验:把一端封闭的长玻璃管装满水银倒置在一个敞口的水银槽里,水银从玻璃管顶部下降了一段距离后,液面不再下降,
高度总保持距离槽中水银面如图(1)所示的位置,于是规定了760mm水银柱产生的压强就为一标准大气压。1646年帕斯卡重复了这一实验,在他的多次实验中有一次测得的实验结果如图(2)所示,但依然能支持托里拆利的观点。
材料三:在17世纪中叶,对该实验的两个关键问题的回答都有代表性的支持者和反对者(如表):
(1)托里拆利实验,测得了一标准大气压约是 1.013×105 pa;
(2)在帕斯卡如图(2)所示的实验中,他测得的大气压是 750 mm水银柱产生的压强,那么你认为导致这一结果的原因可能是 实验时的地理位置海拔高度较高 。
【答案】(1)1.013×105;(2)750;实验时的地理位置海拔高度较高。
【分析】(1)托里拆利实验测量大气压值,1标准大气压所能支持的水银柱的高便是在托里拆利实验中测出的大气压值,根据液体压强公式p=ρgh可求出其数值以及水柱高度。
(2)在托里拆利实验中,水银柱的高度差应是竖直高度,而不是水银柱的长度;
实验中,实验表面海拔高度、温度、湿度都会影响大气压强的大小。
【解答】解:
(1)1个标准大气压的大小,其具体数值是p=ρ水银gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m≈1.013×105Pa。
(2)图中750mm高度才是水银柱的竖直高度,它产生的压强与大气压大小相等;
大气压不是固定不变的,实验表面海拔高度、温度、湿度都会影响大气压强的大小。
所以,可能是实验时的地理位置海拔高度较高。
故答案为:(1)1.013×105;(2)750;实验时的地理位置海拔高度较高。
四、解答题。
16.(2019春•南陵县校级月考)小王同学为了探究“放在斜面上的物体对斜面的压力跟斜面倾斜程度的关系”,进行了实验,步骤如下:①用双面胶将一个200g的钩码固定在1米长的塑料直尺的中间,将直尺的一头固定在桌子的一端,如图甲所示;
②缓缓抬起右端,让直尺与水平方向有一定的夹角,如图乙所示;
③继续抬高右端,增大直尺与水平方向的夹角,如图丙所示。
(1)该实验中,小王是通过观察 直尺的形变程度 来判断物体对斜面压力的大小;这种研究物理问题的方法叫 转换法 (选填“控制变量法”或“转换法”或“类比法”或“建立模型法”)。在以前的物理学习过程中,我们还用过这种方法,请再举出一例: 将正在发声的音叉插入水中溅起水花 。
(2)分析三次实验的现象,可以得出的结论是 斜面倾斜程度越大,物体对斜面的压力越小 。
【答案】(1)直尺形变的程度;转换法;将正在发声的音叉插入水中溅起水花;(2)斜面倾斜程度越大,物体对斜面的压力越小。
【分析】(1)由题意及实验的现象可知,物体对斜面的压力的大小转化为斜面的形变程度来体现出来;
(2)由图可知三次实验现象中,斜面的倾斜程度越大则尺子的形变越小,故说明压力减小;对图1中的钩码受力分析即可得出所受到的力。
【解答】解:(1)因尺子的形变程度与物体所受的压力有关,压力越大,物体的形变程度越大,故可以由尺子形变程度判断物体对斜面的压力大小;这种研究物理问题的方法叫转换法。用转换法的实验有:将正在发声的音叉插入水中溅起水花,在鼓面上撒一些纸屑,鼓面振动看到纸屑跳动。
(2)由三次实验的现象可知,当斜面倾角变大时,尺子的倾斜程度变小,说明斜面上的物体对斜面的压力随斜面倾斜程度增大而减小。
故答案为:(1)直尺形变的程度;转换法;将正在发声的音叉插入水中溅起水花;(2)斜面倾斜程度越大,物体对斜面的压力越小。
17.(2023秋•普陀区校级期中)如图所示,甲、乙两个实心正方体放置在水平地面上。已知甲的质量为1千克,甲的底面积为0.01米2。
(1)求物体甲对地面的压强p甲。
(2)沿水平方向切去部分后,甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等。比较切去前甲、乙对地面压强p甲、p乙的大小关系,并写出推导过程。
【答案】(1)物体甲对地面的压强为1000Pa;
(2)p甲>p乙,推导过程同上。
【分析】(1)根据已知甲的质量为1千克,利用G甲=m甲g可求出物体甲的重力。因为甲放置在水平表面上,此时压力大小等于甲的重力,根据压强公式即可求出甲对地面的压强;
(2)已知甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等,由密度公式、体积公式、正方形面积公式推导可得甲、乙密度的关系式,再根据p======ρhg可得切去前甲、乙对地面压强关系式,由图可知l甲<l乙,进一步比较可知切去前甲、乙对地面压强p甲、p乙的大小关系。
【解答】解:(1)甲物体的重力:G甲=m甲g=1kg×10N/kg=10N;
物体甲对地面的压力等于自身的重力,则物体甲对地面的压强:p甲====1000Pa;
(2)甲、乙剩余部分的高度h相等,此时甲、乙剩余部分的质量相等,即m甲=m乙,
由m=ρV可得:ρ甲V甲=ρ乙V乙,
由V=Sh可得:ρ甲S甲h=ρ乙S乙h,即ρ甲S甲=ρ乙S乙,
由正方形面积公式可得:=,即ρ甲=,
由p======ρhg可得切去前甲对地面压强p甲=ρ甲gl甲,则p甲=×gl甲==×ρ乙gl乙,
切去前乙对地面压强p乙=ρ乙gl乙,
由图可知l甲<l乙,所以>1,则ρ乙gl乙<×ρ乙gl乙,所以p甲>p乙。
答:(1)物体甲对地面的压强为1000Pa;
(2)p甲>p乙,推导过程同上。
18.(2023秋•闵行区期中)如图所示,将足够高的圆柱形容器甲置于水平地面,容器底面积为2.5×10﹣2米2。其内部中央放置一个圆柱形物体乙,容器中有体积为4V0的水,此时水对容器底部压强为1960Pa。
①求水的深度;
②求水对容器底部的压力F水;
③现向容器内抽水,每次抽出水的体积均为V0,乙物体始终沉在容器底部,水对容器底部的压强大小如表所示。
(a)问第几次抽水后物体露出水面?说明理由:
(b)求乙的高度h乙。
【答案】①水的深度为0.2m;
②水对容器底部的压力F水为49N;
③(a)第三次抽水后物体露出水面;原因是:每次抽出的水的体积相等,第一次和第二次抽出水后水的深度应每次降低0.02m;当第三次抽出V0的水时,若乙物体没有浸没,则水的深度变化应降低,现在是当第三次抽出V0的水时水的深度的降低了0.06m>0.02m,所以,第三次抽水后物体已经露出;
(b)乙的高度h乙为0.15m。
【分析】(1)已知利用p=ρgh变形式求水的深度;
(2)已知容器底面积,利用p=Fs求水对容器底的压力;
(3)首先根据p=ρgh求出每次抽水后水的深度;根据每次加水后深度的变化量即可判断物体浸没情况;由于每次抽出的水的体积均为V0,则根据物体乙露出水面后,最后容器里剩余的水的体积相等,即可求出乙物体的横截面积;最后根据乙物体由浸没到露出后深度的变化,利用V=Sh得出第三次抽水的体积V0的表达式,最后即可求出乙物体的高度。
【解答】解:①根据p=ρgh可得水的深度:
h0===0.2m;
②根据p=可得,水对容器底的压力:
F=pS=1960Pa×2.5×10﹣2m2=49N;
③(a)由p=ρgh可知每次抽水后容器中水的深度分别为:
未抽水时,h0=0.2m;
第一次:h1===0.18m,
第二次:h2===0.16m,
第三次:h3===0.1m,
由于原来容器中有体积为4V0的水,水深为0.2m,
第一次抽出体积为V0的水时,水的深度减小量:Δh1=h0﹣h1=0.2m﹣0.18m=0.02m,
第二次抽出体积为V0的水时,水的深度减小量相等,Δh2=h1﹣h2=0.18m﹣0.16m=0.02m,
第三次抽出体积为V0的水时,水的深度减小量相等,Δh3=h2﹣h3=0.16m﹣0.1m=0.06m,
由于每次抽出的水的体积相等,第一次和第二次抽出水后水的深度每次都降低0.02m;当第三次抽出V0的水时,若乙物体没有浸没,则水的深度变化也应降低0.02m,现在是当第三次抽出V0的水时水的深度降低了0.06m>0.02m,所以,第三次抽水后物体已经露出水面;
(b)设物体乙的底面积为S乙,高度为h乙,
则第一次抽水时,抽出的水的体积为:V0=S甲Δh1=2.5×10﹣2m2×0.02m=5×10﹣4m3﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅰ
第三次抽水时,抽出的水的体积为:V0=(S甲﹣S乙)(h乙﹣h3)+S甲(h2﹣h乙)﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅱ
第三次抽水后,甲容器里剩余的水的体积为:
V0=(S甲﹣S乙)h3﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅲ
由ⅠⅢ可得:S乙=S甲﹣=2.5×10﹣2m2﹣=2×10﹣2m2﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣﹣Ⅳ
由ⅠⅡⅣ可得:h乙=+h3=+0.1m=0.15m。
答:①水的深度为0.2m;
②水对容器底部的压力F水为49N;
③(a)第三次抽水后物体露出水面;原因是:每次抽出的水的体积相等,第一次和第二次抽出水后水的深度应每次降低0.02m;当第三次抽出V0的水时,若乙物体没有浸没,则水的深度变化应降低,现在是当第三次抽出V0的水时水的深度的降低了0.06m>0.02m,所以,第三次抽水后物体已经露出;
(b)乙的高度h乙为0.15m。
五、计算题。
19.(2023秋•闵行区期末)如图所示,用5牛的力将重为4×10﹣3牛的图钉压入木块,针尖面积约为5×10﹣7米2,求木块表面受到的压强。
【答案】107Pa。
【分析】固体能够大小不变的传递压力,图钉尖对木块的压力等于拇指对顶帽的压力,根据p=求出木块表面受到的压强。
【解答】解:因固体能够大小不变的传递压力,所以,图钉尖对木块的压力也为5N,
则木块表面受到的压强:p===107Pa。
答:木块表面受到的压强为107Pa。
20.(2023秋•房山区期末)某水平公路路面所能承受的最大压强为8×105Pa。一辆卡车的质量为2t,当装载3t货物静止在该路面上时,车轮与路面接触的总面积为0.1m2。请通过计算说明卡车对该路面是否产生损坏。(g取10N/kg)
【分析】汽车对水平地面的压力等于汽车的自重与货物的重力之和,由压强公式可求得汽车对路面的压强;比较汽车对地面的压强与地面所能承受的最大压强可知汽车是否对路面产生危害。
【解答】解:卡车装满货物时对水平路面的压力:
F=G总=m总g=(2×103kg+3×103kg)×10N/kg=5×104N,
车轮与路面接触的总面积:S=0.1m2,
卡车对路面的压强:p卡===5×105Pa。
已知路面所能承受的最大压强为8×105Pa,因为p卡<p受,所以不会损坏路面。
答:卡车对该路面不会产生损坏。
21.(2023秋•嘉定区期末)如图所示,底面积不同足够高的圆柱形容器甲、乙(S甲>S乙)置于水平地面上。
①若容器甲重为9.8牛,底面积为1×10﹣2米2,内部盛有深度为0.4米的水。求:
(a)水对容器甲底部的压强p水;
(b)容器甲对水平地面的压强p地。
②若容器甲、乙中的液体A、B对容器底部的压强相等。为使A液体对容器甲底部的压强大于B液体对容器乙底部的压强,有如下方案:(a)在容器甲、乙中同时抽取相同质量的液体;(b)在容器甲、乙中同时加入相同高度的原有液体。请分析每种方案的可行性。
【答案】(1)水对容器甲底部的压强是3.92×103Pa;容器甲对水平地面的压强是4900Pa;
(2)(a)方案可行,(b)方案不可行。
【分析】①(a)根据公式p=pgh可求水对容器甲底部的压强p水;(b)水平放置,根据F地=G水+G甲容求出容器甲对水平地面的压力,根据求出容器甲对地面的压强;
②已知容器甲、乙中的液体A、B对容器底部的压强相等,为使A液体对容器甲底部的压强大于B液体对容器乙底部的压强,若选择抽取液体,则根据p剩=计算抽取后剩余液体对容器底的压强p甲剩和p乙剩;若p甲剩>p乙剩,则方案可行反之不可行,若选择加入原有液体,则根据p=ρgh计算加入液体后增大的压强Δp甲和Δp乙,若Δp甲>Δp乙,则方案可行反之不可行,据此分析。
【解答】解:(1)①水对容器甲底部的压强:p水=ρ水gh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.4m=3.92×103Pa;
②容器甲内水的体积:V水=S甲h水=1×10﹣2m2×0.4m=4×10﹣3m3;
水的质量:m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×4×10﹣3m3=4kg;
容器甲对水平地面的压力:F地=G水+G甲容=m水g+G甲容=4kg×9.8N/kg+9.8N=49N;
容器甲对地面的压强:p地===4900Pa;
(2)已知液体A、B对容器底部的压强 p甲=p乙;
两个容器是圆柱形的,液体对容器底的压力等于液体的重力,所以液体对容器底的压强:
p甲=;p乙=;
(a)在容器甲、乙中同时抽取相同质量的液体,设抽取液体的质量为m,则剩余液体对容器底的压强:
p甲剩==﹣=;
p乙剩==﹣=;
因为S甲>S乙 所以,p甲剩>p乙剩
此方案可行;
(b)已知液体A、B对容器底部的压强 p甲=p乙;且h甲>h乙;
由p=ρgh可知液体的密度关系 ρA<ρB;
在容器甲、乙中同时加入相同高度的原有液体,由p=ρgh可知增大的压强:
Δp甲<Δp乙;
加入液体后对容器底的压强:
p甲1=p甲+Δp甲;
p乙1=p乙+Δp乙;
所以p甲1<p乙1;
此方案不可行。
答:(1)水对容器甲底部的压强是3.92×103Pa;容器甲对水平地面的压强是4900Pa;
(2)(a)方案可行,(b)方案不可行。关键问题的回答
支持者
反对者
大气压力支撑水银柱
笛卡尔
帕斯卡
所有亚里士多德学派
罗贝瓦尔
水银柱上方存在真空
罗贝瓦尔
波义耳
所有亚里士多德学派、笛卡尔、
伽利略、霍布斯
抽水次数
水对容器底部的压强(帕)
未抽水
1960
第一次
1764
第二次
1568
第三次
980
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