人教版中考物理一轮大单元复习第九单元压强【综合复习讲义】(原卷版+解析)
展开一、【单元内容】
1.《压强》是人教版物理八年级下册第九章内容,它是初中物理课程中一个重要概念,是体现压力作用效果的重要物理量之一,它会成为后续认识浮力产生的原因等知识的基础,更是初中物理课程的重要教学内容。
2.《课标》中属于理解层次的内容要求只有四条,压强是其中一条,可见压强在初中物理课程中占有重要地位。多数学生学习本章时会感到困难,原因是涉及的知识多、综合性强,即要有实验探究的思路,又要有理性思维,而学生又缺少压强方面的生活体验,所以在学习过程中切不可急于求成。
3.压强的概念应该包含固体压强、液体压强、大气压强和流体压强与流速关系。液体压强知识的综合性较强,它是在学习了密度、力、平衡力和压强的基础上展开的,这些知识为后面浮力的学习奠定了基础。人类生活在大气层中,依赖大气生存,因此有必要学习大气压强,了解大气压强在生产、生活中的重要作用。流体压强与流速的关系是对液体压强和气体压强特点的拓展,体现了很多与生产、生活相关的应用实例。
二、【单元课标要求】
1.会通过实验探究,认识压强的概念;能用压强公式进行简单计算;知道增大和减小压强的方法;
2.通过实验,探究并了解液体压强与哪些因素有关;
3.知道大气压强及其与人类生活的关系;
4.了解流体压强与流速的关系及其在生活中的应用;
5.理顺知识结构,培养学生归纳总结能力,使学生对压强知识的理解系统化、条理化;
6.通过课堂训练,使学生能够运用所学的知识解决实际问题;
7.通过运用所学的知识解决实际问题,体会物理就在身边。
三、【单元学习目标】
1.理解:压强的概念;大气压强特点;流体的压强与流速的关系;
2.会:计算压强;计算液体的压强;流体压强与流速关系解释生活中的现象;
3.熟悉:影响液体压强大小的因素;
4.了解:压力的概念;连通器及其工作原理;大气压强的存在;大气压强与社会生活中的应用;什么是流体;飞机的升力是怎样产生;
5.认识:压强在生活中的应用;液体压强的特点;托里拆利实验,知道大气压强的大小。
四、【单元导图】
一、压强
二、液体压强
三、大气压强
四、流体压强与流速关系
五、【单元学习任务】
★知识点一:压强
一、压力
1.压力:物体间由于发生挤压而 作用在受力面上的力。
2.产生条件:两个物体必须接触,而且有挤压的作用。
(1)静止在水平地面上,紧靠墙角的小球,由于墙与小球接触但无挤压作用,它们之间没有形变,因此不存在压力(如图)。
(2)人靠墙站立时,由于墙与人之间有挤压作用,因此它们之间存在压力(如图所示)。
3.方向:垂直于受力物体表面并指向被压物体。
4.作用点:在被压物体的受力面上,作用点等效作用在接触面中心。
5.性质:压力是相互接触的物体彼此挤压对方使物体表面发生弹性形变而产生的力,属于弹力。
6.压力和重力的区别与联系
二、探究影响压力作用效果的因素
【实验目的】压力作用效果与哪些因素有关。
【实验原理】根据压力作用在物体上产生形变的大小来判断压力的作用效果。
【实验装置】如图:
【实验步骤】1.照图甲那样,把小桌腿朝下放在泡沫塑料上;观察泡沫塑料被压下的深度;
2.再照图乙那样,在桌面上放一个砝码观察泡沫塑料被压下的深度;
3.再把小桌翻过来,如图丙,观察泡沫塑料被压下的深度;
【实验表格】
【实验结论】受力面积一定时,压力越大,压力作用效果越明显;压力大小一定时,受力面积越小,压力作用效果越明显。
三、压强
1.定义:物体所受 与 之比(比值定义法)。
2.物理意义:表示压力作用效果的物理量。
3.公式:。F-压力,单位为N;S-受力面积,单位m2;p-压强(单位Pa)。
4.单位:帕斯卡,简称帕,用符号Pa表示。
5.变形公式:根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
6.应用压公式的注意事项
(1)为压强的定义式,运用于所有状态下的压强的计算。
(2)根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
(3)公式中的“S”为受力面积,是指两个物体实际的接触面积。
常见面积单位换算关系为:1m2=104cm2=106mm2。
(4)公式中的“F”为压力,不是重力,但受力面积为水平面且物体在竖直方向只受重力和支持力时,压力大小等于重力大小。
三、怎样减小或增大压强
1.增大压强
(1)受力面积一定时,增大压力:①给压路机装上质量很大的碾子;②利用重锤钉钉子;③刹车时用力握住车闸。
(2)压力一定时,减小受力面积:①刀斧、切屑工具的刀片都会磨的很薄;②图钉(如图甲)、针、锯齿的尖端加工得很尖。
(3)增大压力同时减小受力面积:砍柴时,斧头磨得很锋利,同时家加大力量。
图甲:图钉尖很尖 图乙:铁轨下铺设枕木 图丙:书包带很宽
2.减小压强
(1)受力面积一定时,减小压力:现代建筑中广泛使用空心砖。
(2)压力一定时,增大受力面积:①高楼大厦的地基很宽;②载重汽车有很宽大的轮子;③铁轨下铺设枕木(如图乙所示);④滑雪时穿上滑雪板。
(3)减小压力的同时增大受力面积:学生背书包上学时尽量少装物品,并选用背带较宽的书包(如图丙)。
★知识点二:液体压强
一、液体压强的特点
1.液体内部有压强
如图所示,在一个两端开口的玻璃管底端扎好橡皮膜,或在侧壁有开口的玻璃圆筒上扎好橡皮膜,分别逐渐加水并观察现象。
【探究归纳】
(1)液体由于受到重力作用,因此对支撑它的容器底部有压强;
(2)液体由于具有流动性,因此对阻碍它流动的容器侧壁有压强;
(3)液体由于流动而在内部互相挤压,因此液体内部向各个方向都有压强。
2.U型管压强计
(1)作用:测量液体内部压强。
(2)构造:主要由U型管、橡皮管、探头(由空金属盒蒙上橡皮膜制成)三部分组成(如图所示)。
(3)工作原理:当将压强计的探头放入液体内部时,探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形变,使U型管两侧液面产生高度差。两侧液面的高度差越大,表明探头处橡皮膜受到的压强越大。
3.实验探究:液体内部压强的大小可能与哪些因素有关
【探究归纳】
液体内部压强的特点:
(1)液体内部向各个方向都有压强,在同种液体的同一深度,向各个方向的压强都相等;
(2)同种液体内部的压强随深度的增大而增大;
(3)液体内部压强的大小还跟液体密度有关,在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
二、液体压强的大小
1.液体压强公式的推导
计算液面下深度为h处液体的压强时,可以设想在液面下深度为h处有一个水平放置的“平面”,计算这个平面上方的液柱对这个平面的压强。
设平面的面积为S,如图所示:
(1)液柱的体积:V=Sh,
(2)液柱的质量:m=ρV=ρSh;
(3)液柱对水平面的压力:F=G=mg=ρShg;
(4)水平面受到的液柱的压强:。
因此,液面下深度为h处液体的压强为p=ρgh。由于液体内部同一深度向各方向的压强都相等,所以我们只要算出液体竖直向下的压强,也就知道了这一深度处液体向各个方向的压强。
2.液体压强公式
(1)公式:p=ρgh
(2)公式中各字母表示的物理量和单位
应用公式p=ρgh时,各个物理量的单位都应统一为国际单位制中的单位。ρ的单位用kg/m3,h的单位用m,计算出的压强p的单位才是Pa。
3.液体压强公式的四点理解
(1)由公式p=ρgh可知,在g值不变的情况下,液体压强只与密度和深度有关,与质量、体积无关。
(2)液体深度是指液体中被研究的点到液体自由液面的数值距离。如图所示,A、B、C、D、E各点的深度分别为:30cm、40cm、50cm、40cm、20cm。
(3)公式p=ρgh适用于静止、均一的液体,不适用于流动的液体。
(4)均质、实心、竖直的柱状固体(如长方体、正方体、圆柱体、棱柱体等)对水平面的压强p=ρ固gh是求固体压强的已知特殊情况,而液体压强公式p=ρgh适用于计算任何静止、均一的液体产生的压强。
【归纳总结】公式与p=ρgh的区别与联系
4.液体对容器底的压力与液体自身重力的关系
容器的形状是多种多样的,但可以归纳为如图所示三种基本类型。在求液体对容器底部的压力或压强时,我们可以根据需要,灵活运用相应公式进行计算。
三、连通器
1.连通器:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
2.连通器的特点:连通器里装入同种液体,当液体部流动时,连通器各部分中的液面高度总是相同的,如图所示。
3.连通器内液面相平的原因:如图所示,当连通器内的液体静止时,设想在连通器底部连通的部分有一个小液片AB。
液体静止,液片处于平衡状态→水平方向液片受力平衡F1=F2→因相同,故液片两侧压强相等,即p1=p2→因p=ρgh,ρ、g相同,故两侧液柱高度相等,即h左=h右。
4.连通器的应用
★知识点三:大气压强
一、大气压强的存在
1.实验探究:大气压强的存在
【探究归纳】
人们生活中地球大气中,大气对浸在其中的物体有压强。
2.大气压强:像液体一样,大气压强对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压或气压。
3.大气压强产生的原因:地球周围的空气因为受到地球的吸引而具有重力,因此对浸入大气的物体产生压强,同时因为大气具有流动性,因而大气内部向各个方向都有压强。
4.大气压强的特点
(1)大气向各个方向都有压强;
(2)在同一高度向各个方向的压强相等。
5.平时感受不到大气压存在的原因
大气压在我们周围时刻存在着,但我们却没有感受到,这是因为人身体内外空气相通,身体各部位内外所受的压力相同,内外平衡。
二、大气压强的测量
1.托里拆利实验
2.对托里拆利实验的认识
(1)玻璃管中要充满水银,不能混有气泡。若玻璃管内混入少量空气,由于这部分空气也有压强,管内水银面的高度差会变小,使测得的大气压强值会偏小。
(2)水银柱的高度是指管内外水银面的竖直高度差,不是指管内水银柱的长度,所以实验过程中,只要测量正确(测量高度差),玻璃管是否倾斜不影响实验结果。
(3)做托里拆利实验时,不易选用粗管,原因是:①耗用水银多;②不容易堵住玻璃管口,易漏气。
(4)管内水银柱的高度与大气压的大小有关,而与管的粗细、长度、形状等无关。
(5)玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果,稍微向上提或向下按玻璃管,只能改变管内水银柱上方真空部分的体积,而水银柱的高度不变。
(6)若在管的顶端开一小孔,则玻璃管和水银槽构成连通器,管中液面会下降,最终管内外液面相平。
3.气压计
(1)定义:测量大气压的仪器叫做气压计。
(2)分类:水银气压计和无液气压计(金属盒气压计等)。
①水银气压计:在托里拆利实验中,如果玻璃管旁竖立一个刻度尺,读出水银柱的高度即可知道当时的大气压,这就是一个简单的水银气压计。水银气压计比较准确,但携带不便,常用于气象站和实验室。
②金属盒气压计:又叫无液体气压计。如图所示,其核心部分是一个抽成真空的金属盒及一个与盒中央相连的弹性钢片。盒的表面是波纹状的,大气压变化时,金属盒受力发生变化,与盒体相连的钢性弹片的弯曲程度也发生变化,固定在弹性钢片末端的拉杆就通过传动结构放大这种形变,如果刻度盘上标的是高度差,该仪器就成了登山用的高度计。
金属盒气压计及其工作原理示意图
(3)生活中的气压计:除测量大气压外,汽车轮胎、氧气瓶、灭火器、飞机机舱及太空站内的气体压强的测量都用到了气压计。
4.大气压强的变化
二、大气压强的应用
1.活塞式抽水机的工作原理
活塞式抽水机是利用大气压工作的,通过活塞在圆筒中往复运动不断地将水抽取上来。
2.生活中的“吸力”
日常生活中的吸盘挂物中的“吸”、钢笔吸墨水中的“吸”、吸管吸饮料的中的“吸”,都不是“吸力”的作用,“吸力”是不存在的,实际上是大气压强的作用。
★知识点四:流体压强与流速关系
一、流体压强与流速关系
1.流体:物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。
2.实验探究:流体压强与流速的关系
3.生活中跟流体压强与流速关系相关的现象
二、飞机的升力
1.飞机机翼的形状
如图所示,可以看到机翼截面的大致形状,其上表面呈弯曲的流线型,下表面则比较平。
2.升力产生的原因
飞机前进时,机翼与周围的空气发生相对运动,相当于气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上、下两部分,由于机翼横截面的形状上、下不对称,在相同时间内,机翼上方气流通过的路程较长,因而速度较大,对机翼上表面的压强较小;下方气流通过的路程较短,速度较小,对机翼下表面的压强较大。
机翼上表面受到的压强对机翼产生的压力F1,机翼下表面受到的压强对机翼产生的压力F2,因为机翼上、下表面存在压强差,这样就产生了向上的压力差,即飞机的升力(F=F2-F1)。
六、【单元备考】
考点一:压力和重力
▲方法点拨:
(1)压力是效果力,是根据力的作用效果命名的,其实质是弹力;
(2)重力是由于地球的吸引而产生的,其实质是万有引力;
(3)压力在很多情况下都是因为重力而产生的,但压力并不全因重力而产生。
【典例一】关于压力和压强,下列理解正确的是( )。
A.压力大小可能比重力大;
B.压强是反映压力大小的物理量;
C.重力越大的物体对接触面的压力越大;
D.密度越大的物体对地面产生的压强也越大
考点二:探究影响压力作用效果的因素
▲方法点拨:
(1)压力作用效果主要体现在物体形状的改变上,形变越大,说明压力的作用效果越明显,这是利用了转换法的思想;
(2)压力的作用效果与压力的大小和受力面积有关,所以需要利用控制变量法来分析压力的大小和受力面积对压力的作用效果的影响。
【典例二】在“探究影响压力作用效果的因素”实验时,某同学做了如图所示的实验,下列说法正确的是( )。
A.通过观察海绵被压下的深浅来显示压力的作用效果,这种实验方法叫类比法;
B.探究压力作用效果与压力大小关系时,控制受力面积不变,这是运用了控制变量法;
C.蚊子尖尖的口器可以插入皮肤吸吮血液,利用了甲、乙的实验结论;
D.交通管理部门通过限载来控制货车对路面压强的大小,利用了乙、丙的实验结论
考点三:叠加体压强的计算
▲方法点拨:
(1)单独的长方体放在水平面上,对地面的压强可用p=ρgh计算;
(2)叠加后对地面的压力都等于二者重力之和,用比较计算。
【典例三】如图所示,长方体物块甲、乙置于水平地面上,物块与地面的接触面积分别为S、S′(S<S′),对地面压强相等。然后将这两物体先后叠放到对方的上表面(如图所示),此时甲、乙对地面的压强分别为p甲、p乙,甲、乙对地面的压强变化量分别为Δp甲、Δp乙;则( )。
A.p甲>p乙,Δp甲>Δp乙 B.p甲<p乙,Δp甲>Δp乙
C.p甲<p乙,Δp甲<Δp乙 D.p甲>p乙,Δp甲<Δp乙
考点四:压力、压强的比较
▲方法点拨:
(1)比较固体压力、压强时,一般先比较压力的大小,再结合受力面积比较压强的大小;
(2)对于密度均匀的水平面上的柱状物体,也可以用公式p=ρgh比较压强,再利用F=pS比较压力。
【典例四】如图为同种材料制成的实心圆柱体A和B放在水平地面上,它们的高度之比为2:1,底面积之比为1:2,则它们的质量mA:mB和对地面的压强pA:pB分别为( )。
A.mA:mB=2:1,pA:pB=2:1 B.mA:mB=1:1,pA:pB=2:1
C.mA:mB=1:1,pA:pB=1:1 D.mA:mB=2:1,pA:pB=1:1
考点五:压强、质量与密度的综合
▲方法点拨:
(1)对于密度均匀的柱状物体,放立在水平面上时,对地面的压强可以用公式p=ρgh计算;
(2)由压强相等受力面积不等,根据公式F=pS判断压力的大小,从而比较重力的大小和质量的大小。
【典例五】如图所示,两个质量相同的均质圆柱体甲、乙静止在水平地面上,其底面积分别为100cm2和50cm2,高度h甲和h乙之比为2∶1,将乙沿水平方向切去厚度为∆h的部分,并放到甲物体上,此时甲与乙剩余部分对地面的压强相等,则下列判断正确的是( )。
①甲、乙两物体的密度之比为4∶1;
②未切割时,甲、乙对地面的压强之比为1∶2;
③∆h∶h乙=1∶3;
④乙剩下的质量与甲物体原来的质量之比为2∶3。
A.①③B.②③④C.②④D.②③
考点六:压力、压强与图像结合
▲方法点拨:
(1)首先找出图像所表示的含义;
(2)观察图像特点,找出关键信息;
(3)根据找出的特点,利用所学知识和公式进行计算。
【典例六】如图甲将杯高为10cm薄壁圆柱体状空杯,放在电子秤上、现均匀向杯中缓慢倒水,电子秤所显示质量m随杯中水的高度h变化的图象如图乙所示,求:
(1)空杯的质量多大?
(2)杯装满水时,水对杯底的压强多大?
(3)杯子的底面积多大?
考点七:减小或增大压强的方法
▲方法点拨:
一般来说,若某措施是为了能更好地进入其他物体中,则该措施是为了增大压强;若某措施是为了避免进入其他物体中,则该措施是为了减小压强。
【典例七】如图所示的实例中,属于增大压强的是( )。
A.滑雪板的面积较大 B. 压路机的质量很大
C.图钉帽的面积较大 D.书包的背带较宽
考点八:压强知识在实际生活中的应用
▲方法点拨:
根据提出的问题,确定好压力和受力面积即可。
【典例八】如图所示,是一辆城市洒水车,在平直的公路上匀速行驶时受到的摩擦阻力是车重的0.05 倍,其部分参数如表所示。
(1)酒洒水车的轮胎士有“凹凸不平”的花纹,目的是为了________;在洒水作业过程中,洒水车对水平地面的压强_______(选填:“变大”、“变小”或“不变”);
(2)该洒水车储水罐装满水时的总重力为多少?( )
(3)该洒水车装满水静止在水平地面时对路面的压强为多少? ( )
(4)该洒水车装满水在水平路面匀速直线行驶时的牵引力为多少? ( )
考点九:探究液体压强的特点
▲方法点拨:
1.液体压强产生的原因是:液体受到重力作用;液体有流动性。
2.实验前的两个操作:(1)先检查U型管左右两边的液面是否相平。
(2)检查装置的气密性:(用手压金属盒上的橡皮膜,观察U型管中液面是否发生变化,若变化明显,则气密性良好)。
3.实验时发现U型管内高度差没变化原因是什么?怎么解决?
答:气密性不好,拆下来重新安装。
4.使用的U型管是不是连通器?答:不是。
5.此实验U型管内液体为什么要染成红色?答:使实验效果明显,便于观察。
5.实验需要多次进行,目的是:总结普通规律。
6.比较乙、丙实验结论是:液体密度一定时,深度越深,液体产生的压强越大。
7.比较丙、丁实验结论是:当液体深度相同时,液体密度越大,液体产生的压强越大。
【典例九】如图所示,在“探究液体内部压强”的实验中:
(1)图A所示压强计在使用前,需观察U形管两边液面是否相平,要检查装置的气密性。请简述检查气密性的方法:_______。实验中通过_________显示液体内部压强的大小。
(2)某同学实验的情形如图B、C、D所示。
①比较图B和图C可以探究的问题是___________。
②保持探头在水中的深度不变,改变它的方向如图C、D所示,根据实验现象可以初步得出结论:______。
(3)该同学在实验过程中发现:在同种液体内部同一深度处,使用不同的压强计,U形管两侧液面的高度差不完全相同。他认为可能与探头橡皮膜安装的松紧有关。请你设计实验证明他的观点_________。
考点十:液体内部压强的特点
【典例十】如图所示,将一长方体从水中匀速提起直至下表面刚好离开水面,此过程容器底受到水的压强p随时间t变化的图像大致为( )。
A.B.C.D.
考点十一:不同形状容器压力、压强的比较
▲方法点拨:压力、压强的分析与计算顺序
解答关于压强的综合题时一定要注意分析、计算的是固体压强还是液体压强。
1.固体(先压力后压强):一、分析、计算压力;二、由分析计算压强。
2.液体(先压强后压力):一、根据液体压强公式p=ρgh分析、计算液体的压强;二、根据F=pS分析、计算压力。
【典例十一】如图所示,将未装满水且密闭的矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,下列说法中正确的是( )。
A.水对容器底的压强减小,矿泉水瓶对桌面的压力增大;
B.水对容器底的压强减小,矿泉水瓶对桌面的压力减小;
C.水对容器底的压强增大,矿泉水瓶对桌面的压强减小;
D.水对容器底的压强增大,矿泉水瓶对桌面的压强增大
考点十二:液体压力、压强的计算
▲方法点拨:
★易错警示
对应形状不规则的容器,里面装的液体对容器底的压力F一般不等于液体的重力G液。
【典例十二】如图所示,平底水杯底面积是4×10-3m2内盛0.6kg的水,水深12cm。g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg /m3试求:
(1)水杯中水的重力是多大?
(2)水对水杯底部的压力多大?
考点十三:平均法求液体密度
▲方法点拨:
明确临界点:塑料片受力平衡→塑料片两侧所受压力、压强相等,F水=F液、p水=p液→根据ρ水gh水=ρ液gh液计算密度→。
【典例十三】如图所示,将两端开口的玻璃管下端管口用一薄塑料片堵住,然后竖直插入水中24厘米深处。
(1)此时水对塑料片向上的压强是多大?
(2)保持玻璃管在水中深度不变,向管中缓缓倒入某种液体,如图。当该液面高出水面6厘米时,塑料片刚好下沉,则该液体的密度是多少?(塑料片质量不计,取g=10牛/千克)
考点十四:连通器
▲方法点拨:
(1)根据连通器的定义判断装置是不是连通器;(2)当连通器里只有一种液体且不流动时,连通器各部分中的液面始终相平。
【典例十四】如图,轮船由下游经过船闸驶往上游。船进入闸室后,再打开阀门___________,使闸室与上游构成___________,当闸室与上游水位相平时,再打开闸门C,船驶入上游。
考点十五:验证大气压强的存在
【典例十五】下列现象中能说明大气压强存在的是( )。
A.医生推动注射器的活塞给病人注射药液;
B.巨大的冰山在水上漂浮;
C.塑料吸盘能“贴”在光滑的墙面上;
D.高压锅能更快地煮熟食物
考点十六:托里拆利实验
【典例十六】如图所示。小明利用托里拆利实验测量大气压强的值。则以下判断正确的是( )。
A.此时大气压强等于760mm高水银柱所产生的压强;
B.若将玻璃管稍微倾斜,则管内外水很面的高度差将变大;
C.若某栋观光大厦共95层,若把此装器从大厦首层乘电梯带到95层楼顶,则管外水银面的高度差将增大;
D.若换用密度比水银小的液体做实验,则大气压能支撑液柱的高度会大于水银柱的
考点十七:大气压的测量
【典例十七】某科学实验小组利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值,实验步骤如下:
(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽堵住注射器的小孔,这样做的目的是 。如图1所示,用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,然后水平向右慢慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞刚被拉动时,记下弹簧测力计的示数为30N。
(2)如图2所示,用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为 cm,计算出活塞的横截面积。
(3)计算得到大气压强的数值为 Pa。
(4)同学们发现实验误差较大,请分析,该实验过程中导致误差的因素有(请写出两条)
① ;
② 。
考点十八:大气压的变化
▲方法点拨:
液体的沸点跟气压有关。气压增大,沸点升高;气压降低,沸点降低。
【典例十八】如图所示,用酒精灯给烧瓶中的水加热直到沸腾,撤去酒精灯,用橡皮塞塞紧瓶口,将烧瓶倒置,向瓶底浇冷水,瓶内水再次沸腾。关于实验中的现象,下列说法正确的是( )。
A.瓶口出现的“白气”是汽化形成的;
B.水沸腾过程中,吸收热量,温度升高;
C.水再次沸腾说明水的沸点与水面上方气压大小有关;
D.沸腾是只发生在液体内部的一种剧烈的汽化现象
考点十九:有关大气压的计算
▲方法点拨:
(1)先算出限压阀的重力,然后算出气孔的面积,最后根据公式计算限压阀产生的最大压强;
(2)锅内最大气压是标准大气压强与限压阀产生的压强之和,知道了锅内最大气压,就可以找出锅内可达到的最高温度。
【典例十九】如图为高压锅的示意图,锅盖上有一个空心柱为排气孔,空心柱上戴着一个帽子为限压阀,当高压锅内气体的压强超过安全值时,锅内气体就会冲开限压阀,气体跑出一部分,使锅内气体减小.现有一个直径为24cm,空心柱小孔横截面积为10mm2,限压阀的质量为100g的高压锅,要用它来煮饭,若当时的大气压为。
(1)用高压锅煮饭,可以增大锅内气体的压强,使水的沸点____________(“升高”或“降低”),从而使饭菜熟得更快;
(2)高压锅是一种实用的厨具,登山队很喜欢使用它,因为在高原上,气压____________(填“高于”或“低于”)一个标准大气压,水在未达到100℃时开始沸腾.若如图某型号的高压锅的锅盖面积为,当锅内水蒸气的压强达到1.6个当时大气压时,锅内气体对锅盖的作用力(压力)为___________N。
(3)此高压锅内气体达到的最大压强为多少______?(写出计算过程)
(4)下表为不同气压下水的沸点:根据(3)的计算,锅内水的最高温度能达到___________℃.经商品质量检验部门检测,此高压锅内气体的最大压强不能超过,如果要使此高压锅能继续安全使用,原来的限压阀不能使用,应重新配一个质量为__________g的新限压阀。
考点二十:大气压的应用
▲方法点拨:利用大气压的现象的共性
一般利用大气压的现象,都是通过某种方法,使设备内的气压小于外界大气压,然后在外界大气压的作用下出现某种人们期望见到的现象。
【典例二十】我们身边看似“轻”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。以下事例,与大气压作用无关的是( )。
A.用吸管吸饮料瓶中的饮料;
B.用抽水机把水从低处抽到高出
C.用注射器把新冠疫苗药液注入肌肉里;
D.茶壶盖上开小孔便于把水倒出
考点二十一:流体压强现象
▲方法点拨:明确“因果”,辨别现象
流体流动时,不同的区域流速不同,压强大小不同,流速大的区域压强小,不同的区域之间就会出现压强差。有压强差时,物体的形状或运动状态就会发生改变。这时,流体流动是“因”,压强差是:“果”。根据这个“因”和“果”辨别是不是流体压强跟流速的关系导致的现象。
【典例二十一】如图所示的现象中,能用“流速越大的位置,压强越小”来解释的是( )。
A.②③B.③④C.②③④D.①③④
考点二十二:流体压强与流速关系
▲方法点拨:
利用流体压强与流速的关系解题时,先弄清哪个位置的流体流速大,哪个位置的流体流速小,再找出各处压强的大小的关系,进而分析物体受力情况和可能发生的现象。
【典例二十二】“清风不识字,何故乱翻书”所述清风能翻书,是风使书页上表面空气流速变大,导致书页上表面压强______(选填“增大”或“减小”);“闻其声,不见其人”主要是通过人发出声音的______(选填“音调”、“响度”或“音色”)来判断“其人”的;“秋风瑟瑟天气凉,草木摇落露为霜”,“霜”的形成过程要______(选填“吸收”或“放出”)热量。
考点二十三:飞机的升力
▲方法点拨:
明确产生了升力是解答此题的关键,要注意升力的方向是指向弯曲程度较大的那一面。
【典例二十三】如图为飞机的机翼截面形状示意图。飞机在飞行时,关于机翼的上方和下方的空气流速和气流压强,下列说法中正确的是( )。
A.机翼上方的空气流速大,气流压强较大;
B.机翼下方的空气流速大,气流压强较大;
C.机翼上方的空气流速大,气流压强较小;
D.机翼下方的空气流速大,气流压强较小
考点二十四:流体压强与流速关系在生活中的应用
▲方法点拨: 分析流体压强现象的步骤
分析流体压强现象一般步骤:(1)确定流速大的地方在哪里;(2)根据压强大小确定压力大小及压力差的方向;(3)根据压力差的作用分析产生的各种现象。
【典例二十四】在下列几种航空器中,主要利用压强和流速的关系获得升力的是( )。
A.观光热气球 B.民航客机
C.武装直升机D.运载火箭
七、【单元训练】
一、选择题
1.如图所示,用力将图钉按在墙壁上,下列说法正确的是( )。
A.手指对钉帽的压力小于墙壁对钉尖的压力;
B.手指对钉帽的压力大于钉尖对墙壁的压力;
C.手指对钉帽的压强等于钉尖对墙壁的压强;
D.钉尖对墙壁的压力和墙壁对钉尖的压力是相互作用力
2.高度、材料相同的实心长方体A和B放在水平桌面上,它们的大小如图所示。它们对桌面的压力分别为FA、FB,压强分别为pA和pB。关于它们的大小关系,正确的是( )。
A.FA<FB,pA<pB B.FA>FB,pA=pB C. FA>FB,PA>PB D. FA>FB PA<PB
3.生活和生产中,有时需要增大压强,有时需要减小压强。下列实例中属于减小压强( )。
A.拖拉机有两条很宽的履带;
B.剪刀有锋利的刃;
C.刺猬身上有许多刺;
D.“森林医生”啄木鸟有尖锐的喙
4.如图所示,体积相同的长方体甲、乙置于水平地面,其中甲、乙阴影部分为等大的正方形,甲、乙的密度分别为ρ甲、ρ乙,对地面的压强分别为p甲、p乙,将它们顺时针旋转90°,甲、乙对地面压强的变化量分别为△p甲、△p乙.△p甲<△p乙,则( )。
A.ρ甲<ρ乙,p甲>p乙B.ρ甲<ρ乙,p甲<p乙
C.ρ甲>ρ乙,p甲>p乙D.ρ甲>ρ乙,p甲<p乙
5.如图所示,把小桌甲倒放在海绵上,其上放一个物体乙,它们静止时,物体乙的下表面和小桌甲的桌面均水平。已知小桌甲重G1,桌面面积为S1;物体乙重G2,下表面的面积为S2。下列说法正确的是( )。
A.甲对海绵的压力就是甲受到的重力;
B.乙对甲的压力就是乙受到的重力;
C.甲对海绵的压强大小为;
D.乙对甲的压强大小为
6.如图所示,两个底面积不同的圆柱形容器甲和乙,容器足够高,分别盛有质量相等的水和酒精(ρ水>ρ酒精),现在甲、乙两容器中分别倒入水和酒精,使容器底部受到液体的压强相等。则( )。
A.可能是倒入相同质量的水和酒精; B.一定是倒入相同体积的水和酒精;
C.可能是倒入水的质量小于酒精的质量;D.可能是倒入水体积大于酒精的体积
7.有一重2N的圆柱形玻璃杯(杯壁厚度不计),底面积为100cm2,装有一定质量的煤油,杯底到油面的高度为20cm,放在水平桌面上(取g=10N/kg,ρ煤油=0.8×103kg/m3),则下列结果正确的是( )。
A.煤油对杯底的压强是1.6×103Pa;B.杯底对桌面的压强是1.8×l03 Pa;
C.煤油对杯底的压力是16N; D.杯子受到桌面的支持力是16N
8.如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。下列说法正确的是( )。
①容器对桌面的压力:F甲>F乙
②液体的密度:ρ甲=ρ乙
③液体对容器底部的压强:p甲>p乙
④容器对桌面的压强:p甲′=p乙′
A.只有①和③B.只有①和④C.只有②和③D.只有③和④
9.对下列实验的解释错误的是( )。
A.甲:压力相同时,压强随受力面积的増大而増大;
B.乙:同一深度,液体内部向各个方向的压强相等;
C.丙:马德堡半球实验证明了大气压强的存在;
D.丁:托里拆利实验测量出了大气压强的大小
10.如图所示,以下与压强知识相关的实验,其中分析正确的是( )。
A.甲图实验,帕斯卡用水做裂桶实验,证明了液体压强跟液体的密度有关;
B.乙图实验, 通过观察细沙凹陷面积大小判断受力效果;
C.丙图实验,测出拉动注射器活塞时的拉力和活塞的面积,可估测大气压强的值;
D.丁图实验,在教室内用水银代替水做托里拆利实验是因为用水做该实验误差大
11.“和谐号”动车停靠在成都东站的情景如图所示。为避免人被“吸”向列车而发生事故,站台上设有距列车一定距离的安全线。这是因为列车进站时车体附近( )。
A.气体流速大,压强小;B.气体流速大,压强大;
C.气体流速小,压强大;D.气体流速小,压强小
12.近期交警部门加大对电动车安装遮阳伞的检查拆除力度,遮阳伞虽能遮挡阳光,但存在安全隐患,当电动车快速行驶时,如图所示,下列说法正确的是( )。
A.遮阳伞上边空气流速小,压强小,伞面被向下压;
B.遮阳伞下边空气流速大,压强小,伞面被向上吸;
C.遮阳伞上边空气流速大,压强大,伞面被向下压;
D.遮阳伞下边空气流速小,压强大,伞面被向上吸
二、填空题
13.图所示,一重为2N的薄壁容器中装有质量为600g的水,容器的底面积为40cm2,水对容器底部的压力为________N,容器对桌面的压强为_______Pa。
14.如图所示,为了倡导绿色出行,某市投放了大量的共享单车,小明在水平路面上匀速骑行,所用时间为,他骑行时单车的平均速度是______,若人与车的总质量为,每个轮胎与路面的接触面积约为,当他骑行时共享单车对路面的压强是______。
15.如图所示,水平桌面上有两个重力不计的圆柱形容器A、B,横截面积均为5.0×10-3 m2,A的底面向上凸起,B的底面为平面。在两容器中均加入重为10N的水,则B对桌面的压强为 Pa,A对桌面的压强 (选填“大于”、“小于”或“等于”)B对桌面的压强。若A、B容器的水中同一高度处压强分别为pA、pB,则pA pB (选填“大于”、“小于”或“等于”)。
16.如图,茶壶的壶身和壶嘴构成了一个 ,当壶中水深12cm时,A点受到水的压强是 Pa;若壶中装满水,用手指将壶盖上的小孔堵住,则壶中的水 (选填“能”或“不能”)倒出来。(g=10N/kg)
17.注射器针头做得很尖,其目的是 (填“增大”或“减小”)压强;蛟龙号载人潜水器在下潜到海底的过程中,它受到海水的压强将 (填“变大”、“不变”或“变小”),潜入海面下6km深处受到海水的压强是 Pa(ρ海水=1.03×103kg/m3,g取10N/kg)。
18.负压鱼缸是宁夏科技馆的一件展品,如图甲所示,其纵截面示意图如图乙所示,整个鱼缸只有投料口与大气相通,鱼缸内高于投料口水面以上的水不能从投料口流出,是因为受到 作用,水对鱼缸底部的压强p= (深度用图乙中的相关字母表示,水的密度用ρ水表示)。
19.彤彤用自制的气压计去梵净山探究海拔对气压的影响,测得山脚气压如图甲,此时瓶内外气压差为______Pa;再将此装置移到梵净山山顶,玻璃管中水柱高度将______(选填“上升”、“下降”或“不变”),同行的诗诗用B管水平向A管管口吹气(如图乙),A管中水柱升高,是由于______。(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
三、实验题
20.如图所示,在“探究液体内部压强”的实验中:
(1)图A所示压强计在使用前,需观察U形管两边液面是否相平,要检查装置的气密性。请简述检查气密性的方法:_______。实验中通过_________显示液体内部压强的大小。
(2)某同学实验的情形如图B、C、D所示。
①比较图B和图C可以探究的问题是___________。
②保持探头在水中的深度不变,改变它的方向如图C、D所示,根据实验现象可以初步得出结论:_________。
(3)该同学在实验过程中发现:在同种液体内部同一深度处,使用不同的压强计,U形管两侧液面的高度差不完全相同。他认为可能与探头橡皮膜安装的松紧有关。请你设计实验证明他的观点_________。。
21.实验小组的同学利用一只弹簧测力计(量程为10N,分度值为0.2N)三种规格的注射器A、B、C(活塞的横截面积分别为2.5cm2、1.5cm2和0.5cm2)、和刻度尺等器材估测大气压的值。
(1)应选用注射器 实验(选填A、B、C)
(2)①实验时,首先把注射器的活塞推至注射器筒的底端,用橡皮帽封住注射器的小孔,读出注射器的容积V,再用刻度尺测出注射器 为L。
②如图所示,水平向右慢慢拉动注射器筒,当注射器的活塞开始滑动时,记下弹簧测力计的示数F。
(3)实验过程中注射器筒内漏进了少量空气。则测得的大气压值会因此而 (选填“偏大”、“偏小”或“不变”)
(4)小丽同学为了排除摩擦力的影响,取下橡皮帽,再次水平向右轻轻拉动注射器,活塞匀速运动时,记下测力计示数为F1,则他计算大气压值的公式应该表示为p= (用所给的字母表示)。
四、计算题
22.如图所示,质量为120g的平底烧瓶内装有的水,静止放在水平桌面上,烧瓶底面积为,测得水的深度为,已知,。求:
(1)水对烧瓶底部的压强;
(2)烧瓶对水平桌面的压力;
(3)烧瓶对水平桌面的压强。
A对斜面的压力
A受到的重力
区别
施力物体
物体
地球
受力物体
支持物(斜面)
物体
性质
弹力
引力
产生原因
物体间相互接触并挤压
地球的吸引
大小
—
G=mg
方向
垂直于受力物体表面并指向被压物体
竖直向下
作用点
受压物体表面
重心
示意图
联系
只有物体处于水平面且在竖直方向只受重力和支持力时,物体对水平面压力的大小、方向才跟重力的大小、方向相同,但压力不是重力
★方法技巧
1.研究压力作用效果跟压力大小关系时,保持受力面积不变,改变压力的大小,观察被压物体的形变程度;研究压力作用效果跟受力面积大小的关系时,保持压力大小不变,改变受力面积大小,观察被压物体的形变程度,这里采用了控制变量法。
2.将压力的作用效果转换为海绵的凹陷程度,这里采用了转换法。被压海绵的凹陷得越深,压力作用效果就越明显。
▲拓展培优
柱状物体固体压强的计算(公式p=ρgh的使用条件)
(1)质地均匀、形状规则的实心柱体(圆柱体或棱柱体);
(2)物体放在水平桌面上,受力面积与其底面积相等;
(3)物体对水平面的压力等于物体的重力大小。
辨析比较
压力与压强的区别与联系
1.概念不同:压力是由于发生挤压而垂直作用在物体表面上的力;压强是物体所受压力与受力面积之比,即物体单位面积上所受的压力大小;
2.意义不同:压力是压强产生的必要条件,压强表示压力的作用效果。
作用力和反作用力是同时产生的,并没有先后之分。在初中物理中,为了表述准确、规范,一般说相互作用力,而不说作用力和反作用力。
▲拓展培优
从压强的角度认识超载的危害
货车超载后不仅会因为惯性增大不易刹车,引发交通事故,还会使货车对路面的压强过大,超出路面能够承受的极限,损坏路面。
实例
实验一
实验二
加水前
加水后
现象
橡皮膜向下凸出
橡皮膜向外凸出
★特别提醒
U型管左右两侧液面的高度差,只能反映液体内部压强的相对大小,压强计的示数不等于液体内部压强的大小。
图示
控制变量
现象分析
结论
控制探头的深度、液体的密度相同,改变压强计探头的方向
U型管两侧液面的高度差不变,即液体内部压强不变,说明液体内部压强与方向无关
液体内部向各个方向都有压强,同种液体在同一深度向各个方向的压强都相等
控制液体的密度、探头的方向相同,增大探头在液体中的深度
U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于液体的密度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是深度增加引起的
同种液体内部的压强随深度的增加而增大
控制探头的方向、在液体中的深度相同,增大液体的密度
U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于深度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是液体密度变大引起的
液体在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体内部的压强越大
★特别提醒
实验前应检查U型管压强计是否漏气,常用方法是用手轻轻按压橡皮膜,看压强计U型管两侧液面的高度差是否发生变化。如果发生变化,说明不漏气;如果无变化或变化不明显,说明漏气。
★方法技巧
实验中科学探究方法的应用
1.转换法:研究内部压强的规律时,通过压强计中U型管两侧液面的高度差来反映液体压强的大小。
2.控制变量法:(1)控制探头的深度、液体的密度相同,改变压强计探头的方向;(2)控制液体的密度、探头的方向相同,改变探头的深度;(3)控制探头在液体中的深度、方向相同,改变液体的密度。
字母
物理量
单位
p
压强
Pa
ρ
液体的密度
kg/m3
g
常量
N/kg
h
液体的深度
m
压强公式
液体压强公式p=ρgh
区别
适用范围
适用于所有情况下压强的计算
用来计算液体的压强
决定因素
压力和受力面积
g值不变时,取决于液体的密度和深度
联系
液体压强公式p=ρgh是通过公式结合液体的特点推导出来的,是压强定义式特殊形式
容器类型
容器底部受到液体压力的定性分析
容器底部受到液体压力的等量分析
由于液体所受重力的方向是竖直向下的,可以认为柱状容器中液体重力全部作用在容器底部,所以F压=G液
液体对容器底部的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱,即F压=G液(V柱指液柱的体积)
在口大底小的敞口容器中,柱状线外部一部分液体的重力作用在斜面的侧壁上,液体对容器底的压力只等于以其底面积大小形成的柱状的重力,所以F压
液体对容器底的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱=G柱,F压=G柱>G液,即F压>G液,(V柱、G柱指以容器底面积大小形成的液柱的体积和重力)
★特别提醒
连通器各部分中的液面高度相同时的条件:一、连通器中的液体是同种液体;二、液面静止。
茶壶的壶身和壶嘴构成连通器,方便倒水
下水弯的U型“反水弯”是一个连通器,阻挡下水道的异味进入室内
锅炉水位计的玻璃管和锅炉构成连通器,可显示锅炉内的水位
水塔和自来水管构成连通器,将水送到千家万户
过路涵洞是一个连通器,使水从道路一侧流到另一侧
养殖场的自动加水器实质上也是一个连通器,可保持饮水槽内水位不变
船闸利用连通器原理实现船只通航
示意图
过程和现象
原因原因分析
加热装有水的易拉罐,水开后密封易拉罐,冷却后易拉罐变瘪
用嘴吸去管内的空气,就能喝到饮料
盛满水的杯子紧盖一个硬纸片,倒置后,纸不掉,水也流不出来
▲拓展培优
最早证明大气压存在的实验
1654年,在德国马德堡市的广场上曾经做过一个著名的马德堡半球实验。人们把两个铜制的空心半球合在一起,抽去里面的空气,用两只马队向相反的方向拉两个半球。当两队的马匹共达到16匹时,才将两个半球拉开。马德堡半球实验不仅最早证明了大气压的存在,而且说明了大气压强很大。
测量方法
将一个约1m长、一端封闭的玻璃管里灌满水银,用手指将管口堵住(如图甲所示),然后倒插在水银槽中(如图乙所示)。放开手指,管内水银面下降到一定高度时不再下降,这时管内外水银面高度差约为760mm,水银处于静止状态(如图丙所示)。
实验过程
丁图,玻璃管倾斜,水银柱长度变长,但竖直高度差不变
实验分析
玻璃管上端为真空,没有大大气压,管外水银面的上方是空气,玻璃管内的水银面之所以能够高于水银槽内的水银面,是因为大气压支撑管内这段水银柱使它不会落下
实验结论
大气压的数值等于它支撑的这段水银柱产生的压强,即p大气=p水银=ρ水银gh
交流讨论
我们通常把760mm高的水银柱产生的压强叫做标准大气压,用字母p0表示。
p0=ρ水银gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa。
这个实验最早是由意大利科学家托里拆利完成的,所以该实验被称为托里拆利实验。
教材深挖
托里拆利实验用水银而不用其他液体的原因
水银在常温下是密度最大的液体,在同样的大气压下,需要的玻璃管较短,如果换用其他液体,加入用水来做托里拆利实验,由实验原理可得ρ水银gh水银=ρ水gh水,则。可见,实验时需要约11m的玻璃管,这是很难操作的。
▲拓展培优
测量大气压的其他方法
方法一
方法二
方法三
器材
弹簧测力计、刻度尺、吸盘、玻璃板
弹簧测力计、刻度尺、注射器
弹簧测力计、刻度尺、吸盘、小桶、玻璃板
示意图
测量的物理量
刚好将吸盘拉离玻璃板时弹簧测力计的示数F、吸盘直径D
注射器活塞刚被拉动时测力计的示数F、注射器的全部刻度长度L
小直径D、吸盘刚好脱离玻璃板时吸盘、小桶和沙的总重力G
具体步骤
(1)用弹簧测力计测出从光滑玻璃板上刚好能拉下吸盘所用的力F;
(2)将吸盘底面圆形画在纸上,用刻度尺测出吸盘的直径D,用S=πr2计算出吸盘与玻璃板的接触面积;
(3)用压强公式即可计算出大气压强的值
(1)把注射器活塞注射器筒的底端,用一个橡皮帽封住注射器的小孔;
(2)用细绳拴住注射器活塞推柄的颈部,并使绳与固定在墙上的测力计的挂钩相连,然后水平向右慢慢地拉动注射器筒。当注射器中的活塞刚开始移动时,记下弹簧测力计的示数F;
(3)观察并记录注射器筒上所表明的容积V,用刻度尺测出注射器的全部刻度长度L;
(4)根据和V=LS即可测出大气压的值。
(1)测出吸盘和玻璃板接触面的直径D,用S=πr2计算出吸盘与玻璃板的接触面积;
(2)将吸盘按压在光滑水平玻璃板下面,挤出吸盘内的空气,将装有适量沙的小桶轻轻挂在吸盘下面的塑料挂钩上,用小勺慢慢地向筒内加细沙,直到吸盘刚好脱离玻璃板,测出此时吸盘、小桶和沙的总重力G;
(3)根据即可计算出大气压的值。
表达式
评估交流
因为吸盘或注射器内的空气不可能完全被挤出,所以三种方法测出的大气压值往往比实际小一些。
▲拓展培优
不能用p=ρgh求大气压强的原因
因为大气层没有很明显的分界线,所以h不能确定,且大气的密度不均匀,随高度的变化而变化,所以ρ不能确定,故大气压强不能通过公式p=ρgh计算出来,只能通过测量来确定。
影响因素
具体描述
海拔
(1)海拔越高,气压越小,在海波3000m内,每升高10m,大气压越减小100Pa;(2)海平面附近的大气压越等于标准大气压。
气象
(1)晴天的大气压比阴雨天的高;(2)冬天的大气压比夏天的高。
教材深挖
气体体积与压强的关系
气球被脚一踩,它的体积变小,球内气体的压强增大,甚至会将气球撑破;堵住打气筒出气口,当打气筒的活塞下压一些后,筒内的气体体积减小,压强增大,活塞越往下压越费力。大量实验表明:温度不变时,一定质量的气体,体积减小、压强增大,体积增大,压强减小。
提出问题
当流体流动时,流体压强的大小跟流体不流动时有什么不同?
猜想与假设
流体压强与流速可能无关,也可能流速越大压强越小,还可能流速越大压强越大
进行实验
在硬币上方沿水平方向吹气,硬币会向上跳起,并随着气流向前运动,飞跃障碍物
在两张纸之间向下吹气,观察到两张纸向中间靠拢
纸条一端贴近下嘴唇,用力向前方吹气,观察到纸条飘起
在水平放置的两根筷子之间放上两个乒乓球,通过塑料管像两球中间吹气,观察到乒乓球向中间靠拢
将两只小纸船放入水盆中,用针管向两船之间冲水,观察到两只小船向中间靠拢
在倒置的漏斗里放一个乒乓球,并用手指托住,然后从漏管用力向下吹气,将手指移开,发现乒乓球掉不下来
实验结论
在气体和液体中,流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大
事例
图解
分析
“香蕉球”
足球在飞行时快速旋转,旋转带动球面附近的空气一起流动,在旋转气流方向和迎面气流方向相同的一侧,形成相对低压区,另一侧形成相对高压区,足球在两侧压力差的作用下发生偏转,沿弧线前进
气流喷壶
水平管中的空气流速大,导致竖直细管最上端管口处压强减小,水在大气压的作用下上升并进入水平出水管,随气流喷出
站台安全线
列车进站时,带动附近的空气流速加快,在列车周围形成低压区,如果人离列车太近,就会被外侧较大的气压“推向”列车
风沿墙面吹过时窗帘飘向窗外
风刮过时,室外空气流速加快,压强减小,而室内空气流速很慢,压强较大,窗帘在室内、外压力差的作用下被“推向”窗外
★方法技巧
判断流体流速大小的技巧
自然流体,如流动的空气(风)、流动的水,一般是在较宽阔的地方流速小,在较窄的地方流速大;运动的物体引起空气和液体流动时,运动物体周围的流体流速大,其余地方的流体流速小。
自身质量m/t
4
储水罐容积V/L
8×103
每个车轮与地面的接触面积S/cm2
1×103
车轮个数
6
0.98
1.01
1.13
1.29
1.48
1.69
1.80
2.00
t/℃
99
100
103
107
111
115
117
120
第九单元 压强【综合复习讲义】(解析版)
2023年中考物理一轮大单元复习过过过(人教版)
一、【单元内容】
1.《压强》是人教版物理八年级下册第九章内容,它是初中物理课程中一个重要概念,是体现压力作用效果的重要物理量之一,它会成为后续认识浮力产生的原因等知识的基础,更是初中物理课程的重要教学内容。
2.《课标》中属于理解层次的内容要求只有四条,压强是其中一条,可见压强在初中物理课程中占有重要地位。多数学生学习本章时会感到困难,原因是涉及的知识多、综合性强,即要有实验探究的思路,又要有理性思维,而学生又缺少压强方面的生活体验,所以在学习过程中切不可急于求成。
3.压强的概念应该包含固体压强、液体压强、大气压强和流体压强与流速关系。液体压强知识的综合性较强,它是在学习了密度、力、平衡力和压强的基础上展开的,这些知识为后面浮力的学习奠定了基础。人类生活在大气层中,依赖大气生存,因此有必要学习大气压强,了解大气压强在生产、生活中的重要作用。流体压强与流速的关系是对液体压强和气体压强特点的拓展,体现了很多与生产、生活相关的应用实例。
二、【单元课标要求】
1.会通过实验探究,认识压强的概念;能用压强公式进行简单计算;知道增大和减小压强的方法;
2.通过实验,探究并了解液体压强与哪些因素有关;
3.知道大气压强及其与人类生活的关系;
4.了解流体压强与流速的关系及其在生活中的应用;
5.理顺知识结构,培养学生归纳总结能力,使学生对压强知识的理解系统化、条理化;
6.通过课堂训练,使学生能够运用所学的知识解决实际问题;
7.通过运用所学的知识解决实际问题,体会物理就在身边。
三、【单元学习目标】
1.理解:压强的概念;大气压强特点;流体的压强与流速的关系;
2.会:计算压强;计算液体的压强;流体压强与流速关系解释生活中的现象;
3.熟悉:影响液体压强大小的因素;
4.了解:压力的概念;连通器及其工作原理;大气压强的存在;大气压强与社会生活中的应用;什么是流体;飞机的升力是怎样产生;
5.认识:压强在生活中的应用;液体压强的特点;托里拆利实验,知道大气压强的大小。
四、【单元导图】
一、压强
二、液体压强
三、大气压强
四、流体压强与流速关系
五、【单元学习任务】
★知识点一:压强
一、压力
1.压力:物体间由于发生挤压而垂直作用在受力面上的力。
2.产生条件:两个物体必须接触,而且有挤压的作用。
(1)静止在水平地面上,紧靠墙角的小球,由于墙与小球接触但无挤压作用,它们之间没有形变,因此不存在压力(如图)。
(2)人靠墙站立时,由于墙与人之间有挤压作用,因此它们之间存在压力(如图所示)。
3.方向:垂直于受力物体表面并指向被压物体。
4.作用点:在被压物体的受力面上,作用点等效作用在接触面中心。
5.性质:压力是相互接触的物体彼此挤压对方使物体表面发生弹性形变而产生的力,属于弹力。
6.压力和重力的区别与联系
二、探究影响压力作用效果的因素
【实验目的】压力作用效果与哪些因素有关。
【实验原理】根据压力作用在物体上产生形变的大小来判断压力的作用效果。
【实验装置】如图:
【实验步骤】1.照图甲那样,把小桌腿朝下放在泡沫塑料上;观察泡沫塑料被压下的深度;
2.再照图乙那样,在桌面上放一个砝码观察泡沫塑料被压下的深度;
3.再把小桌翻过来,如图丙,观察泡沫塑料被压下的深度;
【实验表格】
【实验结论】受力面积一定时,压力越大,压力作用效果越明显;压力大小一定时,受力面积越小,压力作用效果越明显。
三、压强
1.定义:物体所受压力与受力面积之比(比值定义法)。
2.物理意义:表示压力作用效果的物理量。
3.公式:。F-压力,单位为N;S-受力面积,单位m2;p-压强(单位Pa)。
4.单位:帕斯卡,简称帕,用符号Pa表示。
5.变形公式:根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
6.应用压公式的注意事项
(1)为压强的定义式,运用于所有状态下的压强的计算。
(2)根据公式及其变形公式F=pS、可以进行压强、压力和受力面积的计算。
(3)公式中的“S”为受力面积,是指两个物体实际的接触面积。
常见面积单位换算关系为:1m2=104cm2=106mm2。
(4)公式中的“F”为压力,不是重力,但受力面积为水平面且物体在竖直方向只受重力和支持力时,压力大小等于重力大小。
三、怎样减小或增大压强
1.增大压强
(1)受力面积一定时,增大压力:①给压路机装上质量很大的碾子;②利用重锤钉钉子;③刹车时用力握住车闸。
(2)压力一定时,减小受力面积:①刀斧、切屑工具的刀片都会磨的很薄;②图钉(如图甲)、针、锯齿的尖端加工得很尖。
(3)增大压力同时减小受力面积:砍柴时,斧头磨得很锋利,同时家加大力量。
图甲:图钉尖很尖 图乙:铁轨下铺设枕木 图丙:书包带很宽
2.减小压强
(1)受力面积一定时,减小压力:现代建筑中广泛使用空心砖。
(2)压力一定时,增大受力面积:①高楼大厦的地基很宽;②载重汽车有很宽大的轮子;③铁轨下铺设枕木(如图乙所示);④滑雪时穿上滑雪板。
(3)减小压力的同时增大受力面积:学生背书包上学时尽量少装物品,并选用背带较宽的书包(如图丙)。
★知识点二:液体压强
一、液体压强的特点
1.液体内部有压强
如图所示,在一个两端开口的玻璃管底端扎好橡皮膜,或在侧壁有开口的玻璃圆筒上扎好橡皮膜,分别逐渐加水并观察现象。
【探究归纳】
(1)液体由于受到重力作用,因此对支撑它的容器底部有压强;
(2)液体由于具有流动性,因此对阻碍它流动的容器侧壁有压强;
(3)液体由于流动而在内部互相挤压,因此液体内部向各个方向都有压强。
2.U型管压强计
(1)作用:测量液体内部压强。
(2)构造:主要由U型管、橡皮管、探头(由空金属盒蒙上橡皮膜制成)三部分组成(如图所示)。
(3)工作原理:当将压强计的探头放入液体内部时,探头上的橡皮膜受到液体压强的作用会发生形变,使U型管两侧液面产生高度差。两侧液面的高度差越大,表明探头处橡皮膜受到的压强越大。
3.实验探究:液体内部压强的大小可能与哪些因素有关
【探究归纳】
液体内部压强的特点:
(1)液体内部向各个方向都有压强,在同种液体的同一深度,向各个方向的压强都相等;
(2)同种液体内部的压强随深度的增大而增大;
(3)液体内部压强的大小还跟液体密度有关,在深度相同时,液体的密度越大,压强越大。
二、液体压强的大小
1.液体压强公式的推导
计算液面下深度为h处液体的压强时,可以设想在液面下深度为h处有一个水平放置的“平面”,计算这个平面上方的液柱对这个平面的压强。
设平面的面积为S,如图所示:
(1)液柱的体积:V=Sh,
(2)液柱的质量:m=ρV=ρSh;
(3)液柱对水平面的压力:F=G=mg=ρShg;
(4)水平面受到的液柱的压强:。
因此,液面下深度为h处液体的压强为p=ρgh。由于液体内部同一深度向各方向的压强都相等,所以我们只要算出液体竖直向下的压强,也就知道了这一深度处液体向各个方向的压强。
2.液体压强公式
(1)公式:p=ρgh
(2)公式中各字母表示的物理量和单位
应用公式p=ρgh时,各个物理量的单位都应统一为国际单位制中的单位。ρ的单位用kg/m3,h的单位用m,计算出的压强p的单位才是Pa。
3.液体压强公式的四点理解
(1)由公式p=ρgh可知,在g值不变的情况下,液体压强只与密度和深度有关,与质量、体积无关。
(2)液体深度是指液体中被研究的点到液体自由液面的数值距离。如图所示,A、B、C、D、E各点的深度分别为:30cm、40cm、50cm、40cm、20cm。
(3)公式p=ρgh适用于静止、均一的液体,不适用于流动的液体。
(4)均质、实心、竖直的柱状固体(如长方体、正方体、圆柱体、棱柱体等)对水平面的压强p=ρ固gh是求固体压强的已知特殊情况,而液体压强公式p=ρgh适用于计算任何静止、均一的液体产生的压强。
【归纳总结】公式与p=ρgh的区别与联系
4.液体对容器底的压力与液体自身重力的关系
容器的形状是多种多样的,但可以归纳为如图所示三种基本类型。在求液体对容器底部的压力或压强时,我们可以根据需要,灵活运用相应公式进行计算。
三、连通器
1.连通器:上端开口、下端连通的容器叫做连通器。
2.连通器的特点:连通器里装入同种液体,当液体部流动时,连通器各部分中的液面高度总是相同的,如图所示。
3.连通器内液面相平的原因:如图所示,当连通器内的液体静止时,设想在连通器底部连通的部分有一个小液片AB。
液体静止,液片处于平衡状态→水平方向液片受力平衡F1=F2→因相同,故液片两侧压强相等,即p1=p2→因p=ρgh,ρ、g相同,故两侧液柱高度相等,即h左=h右。
4.连通器的应用
★知识点三:大气压强
一、大气压强的存在
1.实验探究:大气压强的存在
【探究归纳】
人们生活中地球大气中,大气对浸在其中的物体有压强。
2.大气压强:像液体一样,大气压强对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压或气压。
3.大气压强产生的原因:地球周围的空气因为受到地球的吸引而具有重力,因此对浸入大气的物体产生压强,同时因为大气具有流动性,因而大气内部向各个方向都有压强。
4.大气压强的特点
(1)大气向各个方向都有压强;
(2)在同一高度向各个方向的压强相等。
5.平时感受不到大气压存在的原因
大气压在我们周围时刻存在着,但我们却没有感受到,这是因为人身体内外空气相通,身体各部位内外所受的压力相同,内外平衡。
二、大气压强的测量
1.托里拆利实验
2.对托里拆利实验的认识
(1)玻璃管中要充满水银,不能混有气泡。若玻璃管内混入少量空气,由于这部分空气也有压强,管内水银面的高度差会变小,使测得的大气压强值会偏小。
(2)水银柱的高度是指管内外水银面的竖直高度差,不是指管内水银柱的长度,所以实验过程中,只要测量正确(测量高度差),玻璃管是否倾斜不影响实验结果。
(3)做托里拆利实验时,不易选用粗管,原因是:①耗用水银多;②不容易堵住玻璃管口,易漏气。
(4)管内水银柱的高度与大气压的大小有关,而与管的粗细、长度、形状等无关。
(5)玻璃管管口在水银槽内的深度不影响实验结果,稍微向上提或向下按玻璃管,只能改变管内水银柱上方真空部分的体积,而水银柱的高度不变。
(6)若在管的顶端开一小孔,则玻璃管和水银槽构成连通器,管中液面会下降,最终管内外液面相平。
3.气压计
(1)定义:测量大气压的仪器叫做气压计。
(2)分类:水银气压计和无液气压计(金属盒气压计等)。
①水银气压计:在托里拆利实验中,如果玻璃管旁竖立一个刻度尺,读出水银柱的高度即可知道当时的大气压,这就是一个简单的水银气压计。水银气压计比较准确,但携带不便,常用于气象站和实验室。
②金属盒气压计:又叫无液体气压计。如图所示,其核心部分是一个抽成真空的金属盒及一个与盒中央相连的弹性钢片。盒的表面是波纹状的,大气压变化时,金属盒受力发生变化,与盒体相连的钢性弹片的弯曲程度也发生变化,固定在弹性钢片末端的拉杆就通过传动结构放大这种形变,如果刻度盘上标的是高度差,该仪器就成了登山用的高度计。
金属盒气压计及其工作原理示意图
(3)生活中的气压计:除测量大气压外,汽车轮胎、氧气瓶、灭火器、飞机机舱及太空站内的气体压强的测量都用到了气压计。
4.大气压强的变化
二、大气压强的应用
1.活塞式抽水机的工作原理
活塞式抽水机是利用大气压工作的,通过活塞在圆筒中往复运动不断地将水抽取上来。
2.生活中的“吸力”
日常生活中的吸盘挂物中的“吸”、钢笔吸墨水中的“吸”、吸管吸饮料的中的“吸”,都不是“吸力”的作用,“吸力”是不存在的,实际上是大气压强的作用。
★知识点四:流体压强与流速关系
一、流体压强与流速关系
1.流体:物理学中把具有流动性的液体和气体统称为流体。
2.实验探究:流体压强与流速的关系
3.生活中跟流体压强与流速关系相关的现象
二、飞机的升力
1.飞机机翼的形状
如图所示,可以看到机翼截面的大致形状,其上表面呈弯曲的流线型,下表面则比较平。
2.升力产生的原因
飞机前进时,机翼与周围的空气发生相对运动,相当于气流迎面流过机翼。气流被机翼分成上、下两部分,由于机翼横截面的形状上、下不对称,在相同时间内,机翼上方气流通过的路程较长,因而速度较大,对机翼上表面的压强较小;下方气流通过的路程较短,速度较小,对机翼下表面的压强较大。
机翼上表面受到的压强对机翼产生的压力F1,机翼下表面受到的压强对机翼产生的压力F2,因为机翼上、下表面存在压强差,这样就产生了向上的压力差,即飞机的升力(F=F2-F1)。
六、【单元备考】
考点一:压力和重力
▲方法点拨:
(1)压力是效果力,是根据力的作用效果命名的,其实质是弹力;
(2)重力是由于地球的吸引而产生的,其实质是万有引力;
(3)压力在很多情况下都是因为重力而产生的,但压力并不全因重力而产生。
【典例一】关于压力和压强,下列理解正确的是( )。
A.压力大小可能比重力大;
B.压强是反映压力大小的物理量;
C.重力越大的物体对接触面的压力越大;
D.密度越大的物体对地面产生的压强也越大
【答案】A。
【解析】AC.只有当物体放在水平面上,且没有其它外力作用时,物体对水平面的压力才等于重力。其它情况下压力不一定等于重力,可能大于、也可能小于重力,也可能与重力无关。故A正确,C错误;
B.压强是反映压力作用效果的物理量,故B错误;
D.根据p=可知,物体对地面的压强大小与物体对地面的压力大小和受力面积有关,密度大的物体对地面的压强不一定大。故D错误。
故选A。
考点二:探究影响压力作用效果的因素
▲方法点拨:
(1)压力作用效果主要体现在物体形状的改变上,形变越大,说明压力的作用效果越明显,这是利用了转换法的思想;
(2)压力的作用效果与压力的大小和受力面积有关,所以需要利用控制变量法来分析压力的大小和受力面积对压力的作用效果的影响。
【典例二】在“探究影响压力作用效果的因素”实验时,某同学做了如图所示的实验,下列说法正确的是( )。
A.通过观察海绵被压下的深浅来显示压力的作用效果,这种实验方法叫类比法;
B.探究压力作用效果与压力大小关系时,控制受力面积不变,这是运用了控制变量法;
C.蚊子尖尖的口器可以插入皮肤吸吮血液,利用了甲、乙的实验结论;
D.交通管理部门通过限载来控制货车对路面压强的大小,利用了乙、丙的实验结论
【答案】B。
【解析】A、通过观察海绵被压下的深浅来显示压力的作用效果,这种实验方法叫转换法,A错误;
B、探究压力作用效果与压力大小关系时,控制受力面积不变,这是运用了控制变量法,B正确;
CD、比较甲、乙的实验知,受力面积相同时,甲中压力较小,压力的作用效果不明显;
比较乙、丙的实验知,压力相同时,乙中受力面积越小,压力的作用效果较明显;
蚊子尖尖的口器可以插入皮肤吸吮血液,是通过减少受力面积来增大压强,故是利用乙丙实验实验结论,故C错误;
交通管理部门通过限载来控制货车对路面压强的大小,是通过减小压力来减小压强,利用了甲乙的实验结论,D错误。故选:B。
考点三:叠加体压强的计算
▲方法点拨:
(1)单独的长方体放在水平面上,对地面的压强可用p=ρgh计算;
(2)叠加后对地面的压力都等于二者重力之和,用比较计算。
【典例三】如图所示,长方体物块甲、乙置于水平地面上,物块与地面的接触面积分别为S、S′(S<S′),对地面压强相等。然后将这两物体先后叠放到对方的上表面(如图所示),此时甲、乙对地面的压强分别为p甲、p乙,甲、乙对地面的压强变化量分别为Δp甲、Δp乙;则( )。
A.p甲>p乙,Δp甲>Δp乙 B.p甲<p乙,Δp甲>Δp乙
C.p甲<p乙,Δp甲<Δp乙 D.p甲>p乙,Δp甲<Δp乙
【答案】A。
【解析】设长方体物块甲、乙的重力大小分别是G甲、G乙,由于甲、乙的底面积分别为S、S'(S<S'),甲乙压强相等,所以,由 知道,甲对水平地面的压力小于乙对水平地面的压力,即甲的重力<乙的重力;当将这两物体先后叠放到对方的上表面(如图所示)时,甲、乙对地面的压强分别为,;
由于S<S',故p甲>p乙;
甲、乙对地面的压强变化量分别为:
,
由于p甲原=p乙原,所以,Δp甲>Δp乙,故A正确。
故选A。
考点四:压力、压强的比较
▲方法点拨:
(1)比较固体压力、压强时,一般先比较压力的大小,再结合受力面积比较压强的大小;
(2)对于密度均匀的水平面上的柱状物体,也可以用公式p=ρgh比较压强,再利用F=pS比较压力。
【典例四】如图为同种材料制成的实心圆柱体A和B放在水平地面上,它们的高度之比为2:1,底面积之比为1:2,则它们的质量mA:mB和对地面的压强pA:pB分别为( )。
A.mA:mB=2:1,pA:pB=2:1 B.mA:mB=1:1,pA:pB=2:1
C.mA:mB=1:1,pA:pB=1:1 D.mA:mB=2:1,pA:pB=1:1
【答案】B。
【解析】(1)两物体的体积关系:VA:VB===1:1,
由ρ=得:m=ρV,
因为A、B是由同种材料制成的实心圆柱体,密度相同,
所以mA:mB=ρVA:ρVB=VA:VB=1:1;
(2)因为A和B放在水平地面上,所以对地面的压力F=G=mg=ρVg=ρShg,
对地面的压强:p===ρhg,
对地面的压强之比:pA:pB=ρhAg:ρhBg=hA:hB=2:1。
故选B。
考点五:压强、质量与密度的综合
▲方法点拨:
(1)对于密度均匀的柱状物体,放立在水平面上时,对地面的压强可以用公式p=ρgh计算;
(2)由压强相等受力面积不等,根据公式F=pS判断压力的大小,从而比较重力的大小和质量的大小。
【典例五】如图所示,两个质量相同的均质圆柱体甲、乙静止在水平地面上,其底面积分别为100cm2和50cm2,高度h甲和h乙之比为2∶1,将乙沿水平方向切去厚度为∆h的部分,并放到甲物体上,此时甲与乙剩余部分对地面的压强相等,则下列判断正确的是( )。
①甲、乙两物体的密度之比为4∶1;
②未切割时,甲、乙对地面的压强之比为1∶2;
③∆h∶h乙=1∶3;
④乙剩下的质量与甲物体原来的质量之比为2∶3。
A.①③B.②③④C.②④D.②③
【答案】B。
【解析】由题意知,甲乙两圆柱体质量相同,两物体的底面积之比S甲∶S乙=100cm2∶50cm3=2 ∶1
则两物体的体积之比V甲∶V乙=S甲h甲∶S乙h乙=4∶1
据知,两物体的密度之比为1∶4;未切割时,两物体对地面的压力都等于本身的重力,
据得
乙沿水平方向切去厚度为∆h部分,并放在甲物体上,此时两物体对地面压强相等,即
所以∆h∶h乙=1∶3
乙剩下的质量与甲物体原来的质量之比;
故ACD错误,B正确。
故选B。
考点六:压力、压强与图像结合
▲方法点拨:
(1)首先找出图像所表示的含义;
(2)观察图像特点,找出关键信息;
(3)根据找出的特点,利用所学知识和公式进行计算。
【典例六】如图甲将杯高为10cm薄壁圆柱体状空杯,放在电子秤上、现均匀向杯中缓慢倒水,电子秤所显示质量m随杯中水的高度h变化的图象如图乙所示,求:
(1)空杯的质量多大?
(2)杯装满水时,水对杯底的压强多大?
(3)杯子的底面积多大?
【答案】(1)0.2kg;(2)1.0×103Pa;(3)3×10-3m2。
【解析】(1)由图可知,当倒入水的质量为零时,空杯的质量m杯=0.2kg。
(2)杯装满水时,水对杯底的压强p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.1m=1.0×103Pa
(3)装满水时,水的质量为m=0.5kg-0.2kg=0.3kg
水的重力为G=mg=0.3kg×10N/kg=3N
因为杯子是圆柱体状的,水对杯底的压力F=G=3N
S==3×10-3m2。
答:(1)空杯的质量是0.2kg;(2)杯装满水时,水对杯底的压强是1.0×103Pa;(3)杯子的底面积是3×10-3m2。
考点七:减小或增大压强的方法
▲方法点拨:
一般来说,若某措施是为了能更好地进入其他物体中,则该措施是为了增大压强;若某措施是为了避免进入其他物体中,则该措施是为了减小压强。
【典例七】如图所示的实例中,属于增大压强的是( )。
A.滑雪板的面积较大 B. 压路机的质量很大
C.图钉帽的面积较大 D.书包的背带较宽
【答案】B。
【解析】A.压力一定时,压强与受力面积成反比,滑雪板的面积较大,可以在压力一定时,减小压强,故A不符合题意;
B.在受力面积一定时,压强与压力成正比,压路机的质量很大,重力很大,对水平面的压力就很大,在受力面积一定时,通过增大压力增大了对路面的压强,故B符合题意;
C.压力一定时,压强与受力面积成反比,图钉帽的面积较大,可以在压力一定时,减小压强,故C不符合题意;
D.压力一定时,压强与受力面积成反比,书包的背带较宽,可以在压力一定时,减小压强,故D不符合题意。
故选B。
考点八:压强知识在实际生活中的应用
▲方法点拨:
根据提出的问题,确定好压力和受力面积即可。
【典例八】如图所示,是一辆城市洒水车,在平直的公路上匀速行驶时受到的摩擦阻力是车重的0.05 倍,其部分参数如表所示。
(1)酒洒水车的轮胎士有“凹凸不平”的花纹,目的是为了________;在洒水作业过程中,洒水车对水平地面的压强_______(选填:“变大”、“变小”或“不变”);
(2)该洒水车储水罐装满水时的总重力为多少?( )
(3)该洒水车装满水静止在水平地面时对路面的压强为多少? ( )
(4)该洒水车装满水在水平路面匀速直线行驶时的牵引力为多少? ( )
【答案】通过增大接触面粗糙程度来增大摩擦;变小;1.2×105N;2×105Pa;6×104N。
【解析】(1)[1]酒洒水车的轮胎士有“凹凸不平”的花纹,通过增大接触面粗糙程度来增大摩擦。
[2]洒水车匀速直线洒水作业过程中,水罐中水的质量变小,车的总质量变小;车对水平地面的压力等于车的总重力,根据F=G=mg
可知,水平地面受到的压力变小,受力面积不变,根据可知,洒水车对水平地面的压强变小。
(2)[3]水的体积V水=8×103L=8m3
水的质量m水=ρ水V水=1.0×103kg/m3×8m3=8×103kg
水的重力G水=m水g=8×103kg×10N/kg=8×104N
车的质量m车=4t=4×103kg
车的重力G车=m车g=4×103kg×10N/kg=4×104N
该洒水车储水罐装满水时的总重力为G总=G车+G水=4×104N+8×104N=1.2×105N
(3)[4]该洒水车装满水静止在水平地面时对路面的压力F= G总=1.2×105N
受力面积S=6×1×103cm2=0.6m2
该洒水车装满水静止在水平地面时对路面的压强
(4)[5]阻力的大小f阻=0.05G总=0.05×1.2×105N=6×104N
洒水车匀速行驶,牵引力和阻力是平衡力,牵引力F牵引=f阻=6×104N。
考点九:探究液体压强的特点
▲方法点拨:
1.液体压强产生的原因是:液体受到重力作用;液体有流动性。
2.实验前的两个操作:(1)先检查U型管左右两边的液面是否相平。
(2)检查装置的气密性:(用手压金属盒上的橡皮膜,观察U型管中液面是否发生变化,若变化明显,则气密性良好)。
3.实验时发现U型管内高度差没变化原因是什么?怎么解决?
答:气密性不好,拆下来重新安装。
4.使用的U型管是不是连通器?答:不是。
5.此实验U型管内液体为什么要染成红色?答:使实验效果明显,便于观察。
5.实验需要多次进行,目的是:总结普通规律。
6.比较乙、丙实验结论是:液体密度一定时,深度越深,液体产生的压强越大。
7.比较丙、丁实验结论是:当液体深度相同时,液体密度越大,液体产生的压强越大。
【典例九】如图所示,在“探究液体内部压强”的实验中:
(1)图A所示压强计在使用前,需观察U形管两边液面是否相平,要检查装置的气密性。请简述检查气密性的方法:_______。实验中通过_________显示液体内部压强的大小。
(2)某同学实验的情形如图B、C、D所示。
①比较图B和图C可以探究的问题是___________。
②保持探头在水中的深度不变,改变它的方向如图C、D所示,根据实验现象可以初步得出结论:______。
(3)该同学在实验过程中发现:在同种液体内部同一深度处,使用不同的压强计,U形管两侧液面的高度差不完全相同。他认为可能与探头橡皮膜安装的松紧有关。请你设计实验证明他的观点_________。
【答案】用大拇指轻压橡皮膜,若U形管液面有高度差,则气密性良好;U形管液面有高度差;同种液体,液体压强与深度的关系;在同种液体内部同一深度处,各个方向压强相等;两个相同的压强计,一个橡皮膜比较松,一个比较紧,同时伸入同一种液体,同一深度,观察两压强计U形管液面高度差的区别。
【解析】(1)用大拇指轻压橡皮膜,若U形管液面有高度差,则气密性良好;U形管液面有高度差,高度差越大,液体内部压强越大。
(2)图B和图C深度不同,故探究的是同种液体,液体压强与深度的关系;如图C、D所示,同种液体,水中的深度不变,U形管液面有高度差相同,故结论为在同种液体内部同一深度处,各个方向压强相等。
(3)变量为橡皮膜安装的松紧程度,两个相同的压强计,一个橡皮膜比较松,一个比较紧,同时伸入同一种液体,同一深度,观察两压强计U形管液面高度差的区别。
考点十:液体内部压强的特点
【典例十】如图所示,将一长方体从水中匀速提起直至下表面刚好离开水面,此过程容器底受到水的压强p随时间t变化的图像大致为( )。
A.B.C.D.
【答案】C。
【解析】B.如图所示,长方体浸没水中且长方体上表面在水面下有一定的距离,长方体从水中匀速提起不会立即露出水面,即水的深度不会立即减小,故B不符合题意。
ACD.如图所示,设从水中匀速提起的速度为v,长方体的底面积为S2,长方体露出水面的体积
设容器的底面积为S1,容器中水面减小的深度
即深度变化与匀速提起直至下表面刚好离开水面的时间成正比,根据得,减小的压强随匀速提起直至下表面刚好离开水面的时间的增加而减小。结合选项的解析得,故AD不符合题意,C符合题意。
故选C。
考点十一:不同形状容器压力、压强的比较
▲方法点拨:压力、压强的分析与计算顺序
解答关于压强的综合题时一定要注意分析、计算的是固体压强还是液体压强。
1.固体(先压力后压强):一、分析、计算压力;二、由分析计算压强。
2.液体(先压强后压力):一、根据液体压强公式p=ρgh分析、计算液体的压强;二、根据F=pS分析、计算压力。
【典例十一】如图所示,将未装满水且密闭的矿泉水瓶,先正立放置在水平桌面上,再倒立放置,下列说法中正确的是( )。
A.水对容器底的压强减小,矿泉水瓶对桌面的压力增大;
B.水对容器底的压强减小,矿泉水瓶对桌面的压力减小;
C.水对容器底的压强增大,矿泉水瓶对桌面的压强减小;
D.水对容器底的压强增大,矿泉水瓶对桌面的压强增大
【答案】D。
【解析】由图可知,水瓶由正立到倒立,水的深度变大,据知,水对容器底的压强变大;而矿泉水瓶对桌面的压力等于瓶与水的总重力,整个过程中,这个总重力不变,所以压力不变,但受力面积变小,据知,矿泉水瓶对桌面的压强变大,故ABC错误,D正确。
故选D。
考点十二:液体压力、压强的计算
▲方法点拨:
★易错警示
对应形状不规则的容器,里面装的液体对容器底的压力F一般不等于液体的重力G液。
【典例十二】如图所示,平底水杯底面积是4×10-3m2内盛0.6kg的水,水深12cm。g取10N/kg,水的密度是1.0×103kg /m3试求:
(1)水杯中水的重力是多大?
(2)水对水杯底部的压力多大?
【答案】(1)6N;(2)4.8N。
【解析】(1)水杯中水的重力是
(2)水对水杯底部的压强
水对水杯底部的压力
答:(1)水杯中水的重力是6N;(2)水对水杯底部的压力压力为4.8N。
考点十三:平均法求液体密度
▲方法点拨:
明确临界点:塑料片受力平衡→塑料片两侧所受压力、压强相等,F水=F液、p水=p液→根据ρ水gh水=ρ液gh液计算密度→。
【典例十三】如图所示,将两端开口的玻璃管下端管口用一薄塑料片堵住,然后竖直插入水中24厘米深处。
(1)此时水对塑料片向上的压强是多大?
(2)保持玻璃管在水中深度不变,向管中缓缓倒入某种液体,如图。当该液面高出水面6厘米时,塑料片刚好下沉,则该液体的密度是多少?(塑料片质量不计,取g=10牛/千克)
【答案】0.8kg×103/m3。
【解析】(1)水对塑料片向上的压强P==1.0×103千克/米3×10牛/千克×0.24米=2400帕
(2)当塑料片刚好下沉时 =
===0.8×103千克/米3。
考点十四:连通器
▲方法点拨:
(1)根据连通器的定义判断装置是不是连通器;(2)当连通器里只有一种液体且不流动时,连通器各部分中的液面始终相平。
【典例十四】如图,轮船由下游经过船闸驶往上游。船进入闸室后,再打开阀门___________,使闸室与上游构成___________,当闸室与上游水位相平时,再打开闸门C,船驶入上游。
【答案】A;连通器。
【解析】船进入闸室后,应打开阀门A,使闸室与上游构成连通器,上游的水进入闸室,才能让闸室内水位与上游水位能够相平。
考点十五:验证大气压强的存在
【典例十五】下列现象中能说明大气压强存在的是( )。
A.医生推动注射器的活塞给病人注射药液;
B.巨大的冰山在水上漂浮;
C.塑料吸盘能“贴”在光滑的墙面上;
D.高压锅能更快地煮熟食物
【答案】C。
【解析】A.注射时,医生用力将针筒内的药水推入病人肌肉中,不是大气压的作用,不能说明大气压强存在,故A不符合题意;
B.巨大的冰山在水上漂浮,是因为冰山受到的重力等于浮力,不能说明大气压强存在,故B不符合题意;
C.将塑料吸盘紧压在光滑的墙面上,把吸盘内的空气排出,大气压就把吸盘紧压在了墙上,在钩上可以挂衣服,利用了大气压,能说明大气压强存在,故C符合题意;
D.高压锅能更快地煮熟食物,是因为锅内气压增大、沸点升高,不能说明大气压强存在,故D不符合题意。
故选C。
考点十六:托里拆利实验
【典例十六】如图所示。小明利用托里拆利实验测量大气压强的值。则以下判断正确的是( )。
A.此时大气压强等于760mm高水银柱所产生的压强;
B.若将玻璃管稍微倾斜,则管内外水很面的高度差将变大;
C.若某栋观光大厦共95层,若把此装器从大厦首层乘电梯带到95层楼顶,则管外水银面的高度差将增大;
D.若换用密度比水银小的液体做实验,则大气压能支撑液柱的高度会大于水银柱的
【答案】D。
【解析】A.读图可知,玻璃管内水银面到水银槽中水银面的垂直高度为750mm,因此,当时的大气压强等于750mm高水银柱产生的压强,故A错误;
B.若将玻璃管稍稍倾斜,但不能改变大气压的大小,又不能改变水银柱的压强,故管内外水银面的高度差将不变,故B错误;
C.若把此装置从天塔首层乘电梯带到顶层,由于气压跟海拔有关,海拔越高,气压越低,则顶层大气压小,能支持的水银柱高度也就变小,故C错误;
D.由于大气压不变,若换用密度比水银小的液体做实验,根据公式可以知道,大气压能支撑的液柱高度会增大,故D正确。
故选D。
考点十七:大气压的测量
【典例十七】某科学实验小组利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值,实验步骤如下:
(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽堵住注射器的小孔,这样做的目的是 。如图1所示,用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,然后水平向右慢慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞刚被拉动时,记下弹簧测力计的示数为30N。
(2)如图2所示,用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为 cm,计算出活塞的横截面积。
(3)计算得到大气压强的数值为 Pa。
(4)同学们发现实验误差较大,请分析,该实验过程中导致误差的因素有(请写出两条)
① ;
② 。
【答案】(1)排尽注射器内空气;(2)6.00;(3)9×104;(4)①空气没有排尽,②活塞与筒壁之间有摩擦。
【解析】(1)将活塞推至底部并用橡皮帽堵住小孔,这样做的目的是为了排尽注射器内的空气。
(2)从图中可以看出,注射器可容纳的药水容积为20ml=20cm3,这20cm3的刻度长度由刻度尺可看出为6.00cm,
故活塞的横截面积为S===cm2。
(3)可计算出大气压强的值为:p大气===9×104Pa。
(4)从实验结果看,测量结果小于一标准大气压,造成误差的主要原因是由于注射器内的空气没有排尽或橡皮帽密封不好、拉力和长度读数不准确等;拉动活塞时活塞和筒壁间有摩擦这会造成最终测量的结果偏大。
故答案为:(1)排尽注射器内空气;(2)6.00;(3)9×104;(4)①空气没有排尽,②活塞与筒壁之间有摩擦。
考点十八:大气压的变化
▲方法点拨:
液体的沸点跟气压有关。气压增大,沸点升高;气压降低,沸点降低。
【典例十八】如图所示,用酒精灯给烧瓶中的水加热直到沸腾,撤去酒精灯,用橡皮塞塞紧瓶口,将烧瓶倒置,向瓶底浇冷水,瓶内水再次沸腾。关于实验中的现象,下列说法正确的是( )。
A.瓶口出现的“白气”是汽化形成的;
B.水沸腾过程中,吸收热量,温度升高;
C.水再次沸腾说明水的沸点与水面上方气压大小有关;
D.沸腾是只发生在液体内部的一种剧烈的汽化现象
【答案】C。
【解析】A.瓶口出现的“白气”是瓶内的水汽化冒出的水蒸气在瓶口附近遇冷液化形成的,故A错误;
B.水沸腾过程中,吸收热量,温度保持不变,故B错误;
C.向瓶底浇冷水,导致瓶内气体遇冷体积变小,气压下降,引起液体的沸点降低,水就可以再次沸腾,表明液体的沸点与液面上方气压有关,故C正确;
D.沸腾是同时发生在液体内部和表面的一种剧烈的汽化现象,故D错误。
故选C。
考点十九:有关大气压的计算
▲方法点拨:
(1)先算出限压阀的重力,然后算出气孔的面积,最后根据公式计算限压阀产生的最大压强;
(2)锅内最大气压是标准大气压强与限压阀产生的压强之和,知道了锅内最大气压,就可以找出锅内可达到的最高温度。
【典例十九】如图为高压锅的示意图,锅盖上有一个空心柱为排气孔,空心柱上戴着一个帽子为限压阀,当高压锅内气体的压强超过安全值时,锅内气体就会冲开限压阀,气体跑出一部分,使锅内气体减小.现有一个直径为24cm,空心柱小孔横截面积为10mm2,限压阀的质量为100g的高压锅,要用它来煮饭,若当时的大气压为。
(1)用高压锅煮饭,可以增大锅内气体的压强,使水的沸点____________(“升高”或“降低”),从而使饭菜熟得更快;
(2)高压锅是一种实用的厨具,登山队很喜欢使用它,因为在高原上,气压____________(填“高于”或“低于”)一个标准大气压,水在未达到100℃时开始沸腾.若如图某型号的高压锅的锅盖面积为,当锅内水蒸气的压强达到1.6个当时大气压时,锅内气体对锅盖的作用力(压力)为___________N。
(3)此高压锅内气体达到的最大压强为多少______?(写出计算过程)
(4)下表为不同气压下水的沸点:根据(3)的计算,锅内水的最高温度能达到___________℃.经商品质量检验部门检测,此高压锅内气体的最大压强不能超过,如果要使此高压锅能继续安全使用,原来的限压阀不能使用,应重新配一个质量为__________g的新限压阀。
【答案】升高;低于;;Pa;120;80。
【解析】(1)[1]液体的沸点与气压有关,气压越大,水的沸点越高,高压锅煮饭就是利用了这一原理;故用高压锅煮饭,可以增大锅内气体的压强,使水的沸点升高;
(2)[2]大气压与海拔高度有关,海拔越高,气压越低,沸点越低;在高原上,气压低于一个标准大气压,所以,水的沸点低于100℃,水在未达到100℃时开始沸腾;
[3]根据可知锅内气体对锅盖的作用力:
(3)[4]原来的限压阀对出气孔的压力:
空心柱小孔的横截面积,当时的大气压,原来的限压阀对出气孔的压强:
高压锅内气体能达到的最大压强:
(4)[5]高压锅内气体达到的最大压强为2×105Pa时,对照表格数据可知,锅内水的最高温度能达到120℃;
[6]因为:
所以不能继续使用,要使此高压锅能继续安全使用,应减小锅内气体达到的最大压强,此时限压阀对出气口的压强:
由可得,此时作用在出气口的压力:
此时限压阀的重力:
配制的限压阀的质量:。
考点二十:大气压的应用
▲方法点拨:利用大气压的现象的共性
一般利用大气压的现象,都是通过某种方法,使设备内的气压小于外界大气压,然后在外界大气压的作用下出现某种人们期望见到的现象。
【典例二十】我们身边看似“轻”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。以下事例,与大气压作用无关的是( )。
A.用吸管吸饮料瓶中的饮料;
B.用抽水机把水从低处抽到高出
C.用注射器把新冠疫苗药液注入肌肉里;
D.茶壶盖上开小孔便于把水倒出
【答案】C。
【解析】A.用力吸管喝饮料,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A不符合题意;
B.抽水机抽低处的水到高处,通过活塞上移或叶轮转动使抽水机内水面上方的气压减小,水在外界大气压的作用下,被压上来,故B不符合题意;
C.用注射器把新冠疫苗药液注入肌肉里,利用的是人的推力,与大气压无关,故C符合题意;
D.壶盖上的小孔是为了让壶内气体和外界大气相等,在重力和大气压的作用下,水可以更容易的倒出,利用了大气压,故D不符合题意。
故选C。
考点二十一:流体压强现象
▲方法点拨:明确“因果”,辨别现象
流体流动时,不同的区域流速不同,压强大小不同,流速大的区域压强小,不同的区域之间就会出现压强差。有压强差时,物体的形状或运动状态就会发生改变。这时,流体流动是“因”,压强差是:“果”。根据这个“因”和“果”辨别是不是流体压强跟流速的关系导致的现象。
【典例二十一】如图所示的现象中,能用“流速越大的位置,压强越小”来解释的是( )。
A.②③B.③④C.②③④D.①③④
【答案】B。
【解析】①气压跟海拔有关,海拔越高,气压越小,青藏高原,海拔高,气压低于标准气压,水的沸点低于100℃,这说明水的沸点随高度增加而降低,不能说明流体压强与流速的关系,故①不符合题意;
②在一个标准大气压下,大气压可以支持约10.3m高的水柱。瓶中水面能高于盆内水面不会流出来,正是因为盆景中的水与大气相通,是大气压支持着瓶内的水不会流出来,故②不符合题意;
③当用B管用力吹气时,A管上端空气流速变大,因为流速大的地方压强小,所以A管上端压强变小,下端大气压没有变化,从而形成了向上的压强差,因此A管中的水面会上升,故③符合题意;
④向漏斗口吹气,乒乓球会贴在漏斗上不掉下来,是因为当从漏斗口吹气时,乒乓球上面的空气流速增大,压强减小,乒乓球被下面的大气压压向漏斗颈而不掉下来。故④符合题意;
故选B。
考点二十二:流体压强与流速关系
▲方法点拨:
利用流体压强与流速的关系解题时,先弄清哪个位置的流体流速大,哪个位置的流体流速小,再找出各处压强的大小的关系,进而分析物体受力情况和可能发生的现象。
【典例二十二】“清风不识字,何故乱翻书”所述清风能翻书,是风使书页上表面空气流速变大,导致书页上表面压强______(选填“增大”或“减小”);“闻其声,不见其人”主要是通过人发出声音的______(选填“音调”、“响度”或“音色”)来判断“其人”的;“秋风瑟瑟天气凉,草木摇落露为霜”,“霜”的形成过程要______(选填“吸收”或“放出”)热量。
【答案】减小;音色;放热。
【解析】[1]流速越快的地方,流体压强越小。风吹过书页的上表面时,使书表面上空气流动速度增大,而导致书上表面压强减小,而书页下表面的压强不变,在上下压强差的作用下,书页会向上翻,故有“清风不识字、何故乱翻书”之说。
[2]音色反映的是声音的品质与特色,它跟发声体的材料和结构有关。因为每个人的声带结构不同,所以发出声音的音色就会不同,所以我们可以通过音色辨别是谁。
[3]霜是水蒸气遇冷放热凝华成的固态冰,霜的形成过程要放热。
考点二十三:飞机的升力
▲方法点拨:
明确产生了升力是解答此题的关键,要注意升力的方向是指向弯曲程度较大的那一面。
【典例二十三】如图为飞机的机翼截面形状示意图。飞机在飞行时,关于机翼的上方和下方的空气流速和气流压强,下列说法中正确的是( )。
A.机翼上方的空气流速大,气流压强较大;
B.机翼下方的空气流速大,气流压强较大;
C.机翼上方的空气流速大,气流压强较小;
D.机翼下方的空气流速大,气流压强较小
【答案】C。
【解析】ABCD.在气体和液体中,流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大。如题中图,在相同是时间内,空气经过上方的路程长,速度大;经过下方的路程短,速度小。上方空气流速越大,压强越小;下方空气流速越小,压强越大。所以机翼上方的气流对机翼的压强小于机翼下方的气流对机翼的压强。故C正确,ABD错误。
故选C。
考点二十四:流体压强与流速关系在生活中的应用
▲方法点拨: 分析流体压强现象的步骤
分析流体压强现象一般步骤:(1)确定流速大的地方在哪里;(2)根据压强大小确定压力大小及压力差的方向;(3)根据压力差的作用分析产生的各种现象。
【典例二十四】在下列几种航空器中,主要利用压强和流速的关系获得升力的是( )。
A.观光热气球 B.民航客机
C.武装直升机D.运载火箭
【答案】B。
【解析】A.观光热气球利用了通过加热气球内的气体使热气球内空气的温度升高,密度减小,当密度小于热气球外空气的密度时热气球就会上浮,故A不符合题意;
B.飞机的机翼上凸下平,当空气流动时上表面流速快压强小,下表面流速慢压强大,产生了一个向上的压强差,所以飞机获得升力,故B符合题意;
C.直升飞机是利用螺旋桨(又称为“旋翼”)的运动对空气施加了一个向下的力,物体间力的作用是相互的,空气对螺旋桨施加了一个向上的力,所以,直升机的升力产生的原因和固定翼飞机是不同的,与流体的压强没有关系,故C不符合题意;
D.运载火箭靠燃气的反冲力获得升力,故D不符合题意。
故选B。
七、【单元训练】
一、选择题
1.如图所示,用力将图钉按在墙壁上,下列说法正确的是( )。
A.手指对钉帽的压力小于墙壁对钉尖的压力;
B.手指对钉帽的压力大于钉尖对墙壁的压力;
C.手指对钉帽的压强等于钉尖对墙壁的压强;
D.钉尖对墙壁的压力和墙壁对钉尖的压力是相互作用力
【答案】D。
【解析】A:由B、D的解答可知,手指对钉帽的压力等于钉尖对墙壁的压力,而钉尖对墙壁的压力等于墙壁对钉尖的压力,所以,手指对钉帽的压力等于墙壁对钉尖的压力;故A错误。
B:固体可以传递压力,用手给钉帽施加压力,图钉会把这个力大小不变的传递给墙壁,所以手指对钉帽的压力等于钉尖对墙壁的压力。故B错误。
C:手指对钉帽的压力等于钉尖对墙壁的压力,而钉帽的面积较大,即受力面积较大,根据可知,手指对钉帽的压强小于钉尖对墙壁的压强;故C错误。
D:钉尖对墙壁的压力和墙壁对钉尖的压力,它们大小相等、方向相反、作用在不同物体上,是一对相互作用力,故D正确。正确答案是D。
2.高度、材料相同的实心长方体A和B放在水平桌面上,它们的大小如图所示。它们对桌面的压力分别为FA、FB,压强分别为pA和pB。关于它们的大小关系,正确的是( )。
A.FA<FB,pA<pB B.FA>FB,pA=pB C. FA>FB,PA>PB D. FA>FB PA<PB
【答案】B。
【解析】从图中可以看出,VA>VB,而A和B的材料相同,即密度相同,
根据公式G=mg=ρVg可知,GA>GB,
而物体放在水平桌面上,物体对水平桌面的压力等于物体的重力,所以FA>FB。
A和B的密度相同,g是常量,而A和B的高度相同,根据公式p=ρgh可知,它们对地面的压强相等,即pA=pB。故选B。
3.生活和生产中,有时需要增大压强,有时需要减小压强。下列实例中属于减小压强( )。
A.拖拉机有两条很宽的履带;
B.剪刀有锋利的刃;
C.刺猬身上有许多刺;
D.“森林医生”啄木鸟有尖锐的喙
【答案】A。
【解析】A、拖拉机有两条很宽的履带是通过增大受力面积来减小压强,故A符合题意;
BCD、剪刀有锋利的刃、刺猬身上有许多刺、“森林医生”啄木鸟有尖锐的喙都是通过减小受力面积来增大压强,故BCD不符合题意。故选:A。
4.如图所示,体积相同的长方体甲、乙置于水平地面,其中甲、乙阴影部分为等大的正方形,甲、乙的密度分别为ρ甲、ρ乙,对地面的压强分别为p甲、p乙,将它们顺时针旋转90°,甲、乙对地面压强的变化量分别为△p甲、△p乙.△p甲<△p乙,则( )。
A.ρ甲<ρ乙,p甲>p乙B.ρ甲<ρ乙,p甲<p乙
C.ρ甲>ρ乙,p甲>p乙D.ρ甲>ρ乙,p甲<p乙
【答案】B。
【解析】由题意知,甲、乙的体积相同,在水平地面上的压力等于重力,则甲对地面的压强变化量为:
△p甲=﹣=﹣=G甲(﹣);
乙对地面的压强变化量为:△p乙=﹣=G乙(﹣);
由△p甲<△p乙,可知G甲(﹣)<G乙(﹣);
故G甲<G乙;长方体甲乙体积相同,根据公式:G=mg=ρVg,
可得出ρ甲<ρ乙﹣﹣﹣﹣①,
将它们顺时针旋转90°前,甲对地面的压强为:p甲=,
乙对地面的压强为:p乙=,
由G甲<G乙和S立<S平,
故p甲<p乙﹣﹣﹣﹣②,
由①②,ACD不符合题意,B符合题意。故选:B。
5.如图所示,把小桌甲倒放在海绵上,其上放一个物体乙,它们静止时,物体乙的下表面和小桌甲的桌面均水平。已知小桌甲重G1,桌面面积为S1;物体乙重G2,下表面的面积为S2。下列说法正确的是( )。
A.甲对海绵的压力就是甲受到的重力;
B.乙对甲的压力就是乙受到的重力;
C.甲对海绵的压强大小为;
D.乙对甲的压强大小为
【答案】C。
【解析】AB.压力是垂直作用在物体表面上的力,重力是指由于地球的吸引而产生的力,二力产生原因和方向不同,
只有当把物体放在水平面上时,对水平面的压力才等于物体重力,
所以,甲对海绵的压力F甲=G1+G2,乙对甲的压力F乙=G2,故AB错误;
CD.甲对海绵的压强p甲==,乙对甲的压强p乙==,故C正确、D错误。
故选:C。
6.如图所示,两个底面积不同的圆柱形容器甲和乙,容器足够高,分别盛有质量相等的水和酒精(ρ水>ρ酒精),现在甲、乙两容器中分别倒入水和酒精,使容器底部受到液体的压强相等。则( )。
A.可能是倒入相同质量的水和酒精; B.一定是倒入相同体积的水和酒精;
C.可能是倒入水的质量小于酒精的质量;D.可能是倒入水体积大于酒精的体积
【答案】D。
【解析】因为甲和乙是圆柱形容器,所以对容器底的压力:F=ps=ρghs=ρgV=mg=G;
因为m水=m酒精,S甲>S乙,所以对容器底的压强:p甲<p乙;
倒入相同质量的水和酒精,压力还是相等,或倒入水的质量小于酒精的质量,还是水对容器底的压强小;
当倒入相同体积的水和酒精或者倒入水体积大于酒精的体积,因为水的密度大于酒精的密度,所以∴倒入的水的质量大于酒精的质量,这样可能使水对容器底的压力大于酒精对容器底的压力,可能会使水和酒精对容器底部的压强相等。故选D。
7.有一重2N的圆柱形玻璃杯(杯壁厚度不计),底面积为100cm2,装有一定质量的煤油,杯底到油面的高度为20cm,放在水平桌面上(取g=10N/kg,ρ煤油=0.8×103kg/m3),则下列结果正确的是( )。
A.煤油对杯底的压强是1.6×103Pa;B.杯底对桌面的压强是1.8×l03 Pa;
C.煤油对杯底的压力是16N; D.杯子受到桌面的支持力是16N
【答案】ABC。
【解析】A、煤油对杯底的压强属于液体类压强;P底=ρgh=0.8×103kg/m3×10N/kg×0.2m=1.6×103Pa;故A正确。
B、煤油体积V=Sh=0.01m2×0.2m=0.002m3;煤油质量m油=ρV=0.8×103kg/m3×0.002m3=1.6kg;
煤油重力G油=m油g=1.6kg×10N/kg=16N;桌面受压力F=G杯+G油=2N+16N=18N;
桌面受压强;故B正确。
C、煤油对杯底的压力F底=P底S=1.6×103Pa×0.01m2=16N;故C正确。
D、杯子受的支持力等于杯子对桌面的压力即F支=F=18N;故D错误。故选ABC。
8.如图所示,水平桌面上放有底面积和质量都相同的甲、乙两平底容器,分别装有深度相同、质量相等的不同液体。下列说法正确的是( )。
①容器对桌面的压力:F甲>F乙
②液体的密度:ρ甲=ρ乙
③液体对容器底部的压强:p甲>p乙
④容器对桌面的压强:p甲′=p乙′
A.只有①和③B.只有①和④C.只有②和③D.只有③和④
【答案】D。
【解析】①水平桌面上,甲乙两个容器中两种液体质量相等,则重力相等,容器底面积和质量相同,故对桌面的压力F甲=F乙,由p=得,容器对桌面的压强:p甲′=p乙′,故①错误,④正确;
②因为容器底面积相同,液体同高,乙中液体的体积大于甲中液体的体积,因为质量相同,所以ρ甲>ρ乙,故②错误;
③由图知,两容器中液体的深度相同,由②知ρ甲>ρ乙,根据p=ρgh知,液体对杯底的压强p甲>p乙;故③正确。
综上所述,①②错误,③④正确。故选:D。
9.对下列实验的解释错误的是( )。
A.甲:压力相同时,压强随受力面积的増大而増大;
B.乙:同一深度,液体内部向各个方向的压强相等;
C.丙:马德堡半球实验证明了大气压强的存在;
D.丁:托里拆利实验测量出了大气压强的大小
【答案】A。
【解析】A.甲:压力相同时,压强随受力面积的増大而増大;此说法错误。当压力一定时,压强随受力面积的增大而减小。
B.乙:同一深度,液体内部向各个方向的压强相等;此说法正确。液体的压强,在同一深度,各个方向的压强都相等。
C.丙:马德堡半球实验证明了大气压强的存在;此说法正确。马德堡半球实验证明了大气压强的存在。
D.丁:托里拆利实验测量出了大气压强的大小 ;此说法正确。托里拆利实验测出了大气压强的大小。
A的说法错误,此题答案是A。
10.如图所示,以下与压强知识相关的实验,其中分析正确的是( )。
A.甲图实验,帕斯卡用水做裂桶实验,证明了液体压强跟液体的密度有关;
B.乙图实验, 通过观察细沙凹陷面积大小判断受力效果;
C.丙图实验,测出拉动注射器活塞时的拉力和活塞的面积,可估测大气压强的值;
D.丁图实验,在教室内用水银代替水做托里拆利实验是因为用水做该实验误差大
【答案】C。
【解析】A.甲图实验,帕斯卡用水做裂桶实验,证明了液体压强跟液体的密度有关;此说法错误。帕斯卡裂桶实验证明的是液体压强与液体高度有关。
B.乙图实验, 通过观察细沙凹陷面积大小判断受力效果;此说法错误。通过观察凹陷深度的大小即可判断受力效果。
C.丙图实验,测出拉动注射器活塞时的拉力和活塞的面积,可估测大气压强的值;此说法正确。拉动活塞时,因为大气压强的作用,需要一定大小的力,用弹簧测力计可以测出此力的大小。
D.丁图实验,在教室内用水银代替水做托里拆利实验是因为用水做该实验误差大;此说法错误。因为水银的密度远远大于水的密度,用水做托里拆利实验时,玻璃管的长度会远远长于用水银做此实验所用玻璃管的长度;实验起来不现实。正确答案是C。
11.“和谐号”动车停靠在成都东站的情景如图所示。为避免人被“吸”向列车而发生事故,站台上设有距列车一定距离的安全线。这是因为列车进站时车体附近( )。
A.气体流速大,压强小;B.气体流速大,压强大;
C.气体流速小,压强大;D.气体流速小,压强小
【答案】A。
【解析】流体流速大的地方压强小,流速小的地方压强大。熟悉流速与压强的关系此题即可解答。
在和谐号动车行驶过程中,列车附近空气流速大,压强小,站在列车附近的人就会受到里外压强差产生的压力差,会把人“吸入”列车就是这个道理。故,水面四个选项中正确的是A。
12.近期交警部门加大对电动车安装遮阳伞的检查拆除力度,遮阳伞虽能遮挡阳光,但存在安全隐患,当电动车快速行驶时,如图所示,下列说法正确的是( )。
A.遮阳伞上边空气流速小,压强小,伞面被向下压;
B.遮阳伞下边空气流速大,压强小,伞面被向上吸;
C.遮阳伞上边空气流速大,压强大,伞面被向下压;
D.遮阳伞下边空气流速小,压强大,伞面被向上吸
【答案】D。
【解析】因为流速越大的地方压强越小,所以伞上方的空气压强小于下方的空气压强,大气压产生了一个向上的压力差即升力,电动车的速度越大,升力越大,以较快速度行驶时有“向上飘”的感觉;故D正确。故选:D。
二、填空题
13.(2021·黑龙江中考真题)如图所示,一重为2N的薄壁容器中装有质量为600g的水,容器的底面积为40cm2,水对容器底部的压力为________N,容器对桌面的压强为_______Pa。
【答案】4;2000。
【解析】[1]水对容器底部的压力为
故水对容器底部的压力为。
[2]容器对桌面的中总压力为
则容器对桌面的中压强为
故容器对桌面的中压强为。
14.如图所示,为了倡导绿色出行,某市投放了大量的共享单车,小明在水平路面上匀速骑行,所用时间为,他骑行时单车的平均速度是______,若人与车的总质量为,每个轮胎与路面的接触面积约为,当他骑行时共享单车对路面的压强是______。
【答案】5;。
【解析】[1]他骑行时单车的平均速度是
[2]小明骑单车在水平地面上,单车对地面的压力
单车与路面的总接触面积约为
他骑行时共享单车对路面的压强是。
15.如图所示,水平桌面上有两个重力不计的圆柱形容器A、B,横截面积均为5.0×10-3 m2,A的底面向上凸起,B的底面为平面。在两容器中均加入重为10N的水,则B对桌面的压强为 Pa,A对桌面的压强 (选填“大于”、“小于”或“等于”)B对桌面的压强.若A、B容器的水中同一高度处压强分别为pA、pB,则pA pB (选填“大于”、“小于”或“等于”)。
【答案】2×103Pa;大于;大于。
【解析】(1)B装有水10N,则对水平桌面的压力为:F=G=10N;
那么B容器对桌面的压强:。
(2)A、B的质量忽略不计,而所装水量相同,因此它们对于桌面的压力都等于水的重力,即FA=FB=G=10N;
因为A的底面向上凸起,B的底面为平面,与桌面的接触面积关系为:SA<SB;由得:pA>pB。
(3)两容器的横截面积相同,所装水量相同,由于A的容器底向上凸出,所以A容器内的液面高度要大于B容器内的液面高度,即:hA>hB;
取两容器同一高度h处的两点,则这两点分别距A、B的液面高度为:HA=hA-h,HB=hB-h;显然,HA>HB。
若A、B容器的水中同一高度处压强分别为pA、pB,则pA=ρgHA,pB=ρgHB,
因为HA>HB,所以pA>pB。
故答案为:2×103Pa;大于;大于。
16.如图,茶壶的壶身和壶嘴构成了一个 ,当壶中水深12cm时,A点受到水的压强是 Pa;若壶中装满水,用手指将壶盖上的小孔堵住,则壶中的水 (选填“能”或“不能”)倒出来。(g=10N/kg)
【答案】连通器;1200;不能。
【解析】(1)茶壶的壶嘴和壶身构成了一个连通器,当里面的水不流动时,壶嘴和壶身内的水面保持相平;
(2)A点受到水的压强:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.12m=1200Pa
(3)若壶中装满水,用手指将壶盖上的小孔堵住,由于外部的大气压大于壶内压强,壶中的水不能倒出。
故答案为:连通器;1200;不能。
17.注射器针头做得很尖,其目的是 (填“增大”或“减小”)压强;蛟龙号载人潜水器在下潜到海底的过程中,它受到海水的压强将 (填“变大”、“不变”或“变小”),潜入海面下6km深处受到海水的压强是 Pa(ρ海水=1.03×103kg/m3,g取10N/kg)。
【答案】增大;变大;6.18×107。
【解答】解:注射器针头做得很尖,其目的是在压力一定时,通过减小受力面积来增大压强。
蛟龙号载人潜水器在下潜到海底的过程中,液体密度不变,蛟龙号在水中所处的深度变大,根据p=ρgh可知,所受到海水的压强变大。
它潜入海面下6km深处受到海水的压强:
p=ρ海水gh=1.03×103kg/m3×10N/kg×6000m=6.18×107Pa;
故答案为:增大;变大;6.18×107。
18.负压鱼缸是宁夏科技馆的一件展品,如图甲所示,其纵截面示意图如图乙所示,整个鱼缸只有投料口与大气相通,鱼缸内高于投料口水面以上的水不能从投料口流出,是因为受到 作用,水对鱼缸底部的压强p= (深度用图乙中的相关字母表示,水的密度用ρ水表示)。
【答案】大气压;ρ水gh。
【解析】(1)整个鱼缸只有投料口与大气相通,则投料口水面的压强等于大气压,
因液体内部同一深度的压强相等,所以与投料口相同深度的鱼缸内水的压强也为大气压,
则鱼缸内高于投料口的水面压强小于大气压,故鱼缸内高于投料口水面以上的水不能从投料口流出;
(2)由图可知,鱼缸底部到与大气相通液面的深度为h,
则水对鱼缸底部的压强p=ρ水gh。
故答案为:大气压;ρ水gh。
19.彤彤用自制的气压计去梵净山探究海拔对气压的影响,测得山脚气压如图甲,此时瓶内外气压差为______Pa;再将此装置移到梵净山山顶,玻璃管中水柱高度将______(选填“上升”、“下降”或“不变”),同行的诗诗用B管水平向A管管口吹气(如图乙),A管中水柱升高,是由于______。(g=10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
【答案】1000;上升;流速快,压强小。
【解析】[1]由图,瓶内外液面高度差为
内外气压关系为;
内外气压差为;
代入数据
[2]将此装置移到梵净山山顶,瓶外气压减小,瓶内外气压差增大,液柱高度增加,即液面上升。
[3]用B管水平向A管管口吹气,A管管口处气流速度加快,压强减小,大气压将液体压入管内,使A管中水柱升高。
三、实验题
20.如图所示,在“探究液体内部压强”的实验中:
(1)图A所示压强计在使用前,需观察U形管两边液面是否相平,要检查装置的气密性。请简述检查气密性的方法:_______。实验中通过_________显示液体内部压强的大小。
(2)某同学实验的情形如图B、C、D所示。
①比较图B和图C可以探究的问题是___________。
②保持探头在水中的深度不变,改变它的方向如图C、D所示,根据实验现象可以初步得出结论:_________。
(3)该同学在实验过程中发现:在同种液体内部同一深度处,使用不同的压强计,U形管两侧液面的高度差不完全相同。他认为可能与探头橡皮膜安装的松紧有关。请你设计实验证明他的观点_________。。
【答案】用大拇指轻压橡皮膜,若U形管液面有高度差,则气密性良好;U形管液面有高度差;同种液体,液体压强与深度的关系;在同种液体内部同一深度处,各个方向压强相等;两个相同的压强计,一个橡皮膜比较松,一个比较紧,同时伸入同一种液体,同一深度,观察两压强计U形管液面高度差的区别。
【解析】(1)[1][2]用大拇指轻压橡皮膜,若U形管液面有高度差,则气密性良好;U形管液面有高度差,高度差越大,液体内部压强越大。
(2)[3][4]图B和图C深度不同,故探究的是同种液体,液体压强与深度的关系;如图C、D所示,同种液体,水中的深度不变,U形管液面有高度差相同,故结论为在同种液体内部同一深度处,各个方向压强相等。
(3)[5]变量为橡皮膜安装的松紧程度,两个相同的压强计,一个橡皮膜比较松,一个比较紧,同时伸入同一种液体,同一深度,观察两压强计U形管液面高度差的区别。
21.实验小组的同学利用一只弹簧测力计(量程为10N,分度值为0.2N)三种规格的注射器A、B、C(活塞的横截面积分别为2.5cm2、1.5cm2和0.5cm2)、和刻度尺等器材估测大气压的值。
(1)应选用注射器 实验(选填A、B、C)
(2)①实验时,首先把注射器的活塞推至注射器筒的底端,用橡皮帽封住注射器的小孔,读出注射器的容积V,再用刻度尺测出注射器 为L。
②如图所示,水平向右慢慢拉动注射器筒,当注射器的活塞开始滑动时,记下弹簧测力计的示数F。
(3)实验过程中注射器筒内漏进了少量空气。则测得的大气压值会因此而 (选填“偏大”、“偏小”或“不变”)
(4)小丽同学为了排除摩擦力的影响,取下橡皮帽,再次水平向右轻轻拉动注射器,活塞匀速运动时,记下测力计示数为F1,则他计算大气压值的公式应该表示为p= (用所给的字母表示)。
【答案】(1)C;(2)①刻度部分的长度;(3)偏小;(4)。
【解析】(1)因A、B、C两个注射器,活塞的横截面积分别为2.5cm2、1.5cm2和0.5cm2,
当大气压约为105Pa,当面积为2.5cm2,即0.00025m2时,
由p=可得,F=pS=105Pa×0.00025m2=25N,
当面积为1.5cm2,即0.00015m2时
F=pS=105Pa×0.00015m2=15N,
当面积为0.5cm2,即0.00005m2时,
F=pS=105Pa×0.00005m2=5N,
因为已知弹簧测力计量程为10N,A、B超过了测力计的量程,
所以实验时应选用C注射器。故选C;
(2)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,因此需要记录此时的示数;
注射器是一个圆柱体形状,因此,应量出其刻度部分的长度L;
(3)如果筒内漏进空气,拉力的测量值会偏小,根据公式P=可知,导致测得的大气压值偏小;
(4)用橡皮帽封住注射孔,拉动时读出测力计示数为F,是活塞与筒壁的摩擦力+大气的压力,
取下橡皮帽,拉动活塞,读出测力计示数是活塞与筒壁的摩擦力F1,
所以,大气对活塞产生的压力实际为F﹣F1,则大气压的值p===。
故答案为:(1)C;(2)①刻度部分的长度;(3)偏小;(4)。
四、计算题
22.如图所示,质量为120g的平底烧瓶内装有的水,静止放在水平桌面上,烧瓶底面积为,测得水的深度为,已知,。求:
(1)水对烧瓶底部的压强;
(2)烧瓶对水平桌面的压力;
(3)烧瓶对水平桌面的压强。
【答案】(1)500Pa;(2)4.2N;(3)1400Pa。
【解析】(1)水对烧瓶底部的压强p=ρ水gh=1×103kg/m3×10N/kg×0.05m=500Pa
(2)水的质量m水=ρ水V=1×103kg/m3×300×10-6m3=0.3kg
烧瓶对水平桌面的压力F=G总=(m水+m瓶)g=(0.3kg+0.12kg)×10N/kg=4.2N
(3)烧瓶对水平桌面的压强=1400Pa。
答:(1)水对烧瓶底部的压强是500Pa;(2)烧瓶对水平桌面的压力是4.2N;(3)烧瓶对水平桌面的压强是1400Pa。A对斜面的压力
A受到的重力
区别
施力物体
物体
地球
受力物体
支持物(斜面)
物体
性质
弹力
引力
产生原因
物体间相互接触并挤压
地球的吸引
大小
—
G=mg
方向
垂直于受力物体表面并指向被压物体
竖直向下
作用点
受压物体表面
重心
示意图
联系
只有物体处于水平面且在竖直方向只受重力和支持力时,物体对水平面压力的大小、方向才跟重力的大小、方向相同,但压力不是重力
★方法技巧
1.研究压力作用效果跟压力大小关系时,保持受力面积不变,改变压力的大小,观察被压物体的形变程度;研究压力作用效果跟受力面积大小的关系时,保持压力大小不变,改变受力面积大小,观察被压物体的形变程度,这里采用了控制变量法。
2.将压力的作用效果转换为海绵的凹陷程度,这里采用了转换法。被压海绵的凹陷得越深,压力作用效果就越明显。
▲拓展培优
柱状物体固体压强的计算(公式p=ρgh的使用条件)
(1)质地均匀、形状规则的实心柱体(圆柱体或棱柱体);
(2)物体放在水平桌面上,受力面积与其底面积相等;
(3)物体对水平面的压力等于物体的重力大小。
辨析比较
压力与压强的区别与联系
1.概念不同:压力是由于发生挤压而垂直作用在物体表面上的力;压强是物体所受压力与受力面积之比,即物体单位面积上所受的压力大小;
2.意义不同:压力是压强产生的必要条件,压强表示压力的作用效果。
作用力和反作用力是同时产生的,并没有先后之分。在初中物理中,为了表述准确、规范,一般说相互作用力,而不说作用力和反作用力。
▲拓展培优
从压强的角度认识超载的危害
货车超载后不仅会因为惯性增大不易刹车,引发交通事故,还会使货车对路面的压强过大,超出路面能够承受的极限,损坏路面。
实例
实验一
实验二
加水前
加水后
现象
橡皮膜向下凸出
橡皮膜向外凸出
★特别提醒
U型管左右两侧液面的高度差,只能反映液体内部压强的相对大小,压强计的示数不等于液体内部压强的大小。
图示
控制变量
现象分析
结论
控制探头的深度、液体的密度相同,改变压强计探头的方向
U型管两侧液面的高度差不变,即液体内部压强不变,说明液体内部压强与方向无关
液体内部向各个方向都有压强,同种液体在同一深度向各个方向的压强都相等
控制液体的密度、探头的方向相同,增大探头在液体中的深度
U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于液体的密度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是深度增加引起的
同种液体内部的压强随深度的增加而增大
控制探头的方向、在液体中的深度相同,增大液体的密度
U型管两侧液面的高度差变大,即液体内部压强变大。由于深度、探头的方向都是相同的,所以压强变大是液体密度变大引起的
液体在同一深度产生的压强大小与液体的密度有关,密度越大,液体内部的压强越大
★特别提醒
实验前应检查U型管压强计是否漏气,常用方法是用手轻轻按压橡皮膜,看压强计U型管两侧液面的高度差是否发生变化。如果发生变化,说明不漏气;如果无变化或变化不明显,说明漏气。
★方法技巧
实验中科学探究方法的应用
1.转换法:研究内部压强的规律时,通过压强计中U型管两侧液面的高度差来反映液体压强的大小。
2.控制变量法:(1)控制探头的深度、液体的密度相同,改变压强计探头的方向;(2)控制液体的密度、探头的方向相同,改变探头的深度;(3)控制探头在液体中的深度、方向相同,改变液体的密度。
字母
物理量
单位
p
压强
Pa
ρ
液体的密度
kg/m3
g
常量
N/kg
h
液体的深度
m
压强公式
液体压强公式p=ρgh
区别
适用范围
适用于所有情况下压强的计算
用来计算液体的压强
决定因素
压力和受力面积
g值不变时,取决于液体的密度和深度
联系
液体压强公式p=ρgh是通过公式结合液体的特点推导出来的,是压强定义式特殊形式
容器类型
容器底部受到液体压力的定性分析
容器底部受到液体压力的等量分析
由于液体所受重力的方向是竖直向下的,可以认为柱状容器中液体重力全部作用在容器底部,所以F压=G液
液体对容器底部的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱,即F压=G液(V柱指液柱的体积)
在口大底小的敞口容器中,柱状线外部一部分液体的重力作用在斜面的侧壁上,液体对容器底的压力只等于以其底面积大小形成的柱状的重力,所以F压
液体对容器底的压力:F压=pS=ρghS=ρgV柱=G柱,F压=G柱>G液,即F压>G液,(V柱、G柱指以容器底面积大小形成的液柱的体积和重力)
★特别提醒
连通器各部分中的液面高度相同时的条件:一、连通器中的液体是同种液体;二、液面静止。
茶壶的壶身和壶嘴构成连通器,方便倒水
下水弯的U型“反水弯”是一个连通器,阻挡下水道的异味进入室内
锅炉水位计的玻璃管和锅炉构成连通器,可显示锅炉内的水位
水塔和自来水管构成连通器,将水送到千家万户
过路涵洞是一个连通器,使水从道路一侧流到另一侧
养殖场的自动加水器实质上也是一个连通器,可保持饮水槽内水位不变
船闸利用连通器原理实现船只通航
示意图
过程和现象
原因原因分析
加热装有水的易拉罐,水开后密封易拉罐,冷却后易拉罐变瘪
用嘴吸去管内的空气,就能喝到饮料
盛满水的杯子紧盖一个硬纸片,倒置后,纸不掉,水也流不出来
▲拓展培优
最早证明大气压存在的实验
1654年,在德国马德堡市的广场上曾经做过一个著名的马德堡半球实验。人们把两个铜制的空心半球合在一起,抽去里面的空气,用两只马队向相反的方向拉两个半球。当两队的马匹共达到16匹时,才将两个半球拉开。马德堡半球实验不仅最早证明了大气压的存在,而且说明了大气压强很大。
测量方法
将一个约1m长、一端封闭的玻璃管里灌满水银,用手指将管口堵住(如图甲所示),然后倒插在水银槽中(如图乙所示)。放开手指,管内水银面下降到一定高度时不再下降,这时管内外水银面高度差约为760mm,水银处于静止状态(如图丙所示)。
实验过程
丁图,玻璃管倾斜,水银柱长度变长,但竖直高度差不变
实验分析
玻璃管上端为真空,没有大大气压,管外水银面的上方是空气,玻璃管内的水银面之所以能够高于水银槽内的水银面,是因为大气压支撑管内这段水银柱使它不会落下
实验结论
大气压的数值等于它支撑的这段水银柱产生的压强,即p大气=p水银=ρ水银gh
交流讨论
我们通常把760mm高的水银柱产生的压强叫做标准大气压,用字母p0表示。
p0=ρ水银gh=13.6×103kg/m3×9.8N/kg×0.76m=1.013×105Pa。
这个实验最早是由意大利科学家托里拆利完成的,所以该实验被称为托里拆利实验。
教材深挖
托里拆利实验用水银而不用其他液体的原因
水银在常温下是密度最大的液体,在同样的大气压下,需要的玻璃管较短,如果换用其他液体,加入用水来做托里拆利实验,由实验原理可得ρ水银gh水银=ρ水gh水,则。可见,实验时需要约11m的玻璃管,这是很难操作的。
▲拓展培优
测量大气压的其他方法
方法一
方法二
方法三
器材
弹簧测力计、刻度尺、吸盘、玻璃板
弹簧测力计、刻度尺、注射器
弹簧测力计、刻度尺、吸盘、小桶、玻璃板
示意图
测量的物理量
刚好将吸盘拉离玻璃板时弹簧测力计的示数F、吸盘直径D
注射器活塞刚被拉动时测力计的示数F、注射器的全部刻度长度L
小直径D、吸盘刚好脱离玻璃板时吸盘、小桶和沙的总重力G
具体步骤
(1)用弹簧测力计测出从光滑玻璃板上刚好能拉下吸盘所用的力F;
(2)将吸盘底面圆形画在纸上,用刻度尺测出吸盘的直径D,用S=πr2计算出吸盘与玻璃板的接触面积;
(3)用压强公式即可计算出大气压强的值
(1)把注射器活塞注射器筒的底端,用一个橡皮帽封住注射器的小孔;
(2)用细绳拴住注射器活塞推柄的颈部,并使绳与固定在墙上的测力计的挂钩相连,然后水平向右慢慢地拉动注射器筒。当注射器中的活塞刚开始移动时,记下弹簧测力计的示数F;
(3)观察并记录注射器筒上所表明的容积V,用刻度尺测出注射器的全部刻度长度L;
(4)根据和V=LS即可测出大气压的值。
(1)测出吸盘和玻璃板接触面的直径D,用S=πr2计算出吸盘与玻璃板的接触面积;
(2)将吸盘按压在光滑水平玻璃板下面,挤出吸盘内的空气,将装有适量沙的小桶轻轻挂在吸盘下面的塑料挂钩上,用小勺慢慢地向筒内加细沙,直到吸盘刚好脱离玻璃板,测出此时吸盘、小桶和沙的总重力G;
(3)根据即可计算出大气压的值。
表达式
评估交流
因为吸盘或注射器内的空气不可能完全被挤出,所以三种方法测出的大气压值往往比实际小一些。
▲拓展培优
不能用p=ρgh求大气压强的原因
因为大气层没有很明显的分界线,所以h不能确定,且大气的密度不均匀,随高度的变化而变化,所以ρ不能确定,故大气压强不能通过公式p=ρgh计算出来,只能通过测量来确定。
影响因素
具体描述
海拔
(1)海拔越高,气压越小,在海波3000m内,每升高10m,大气压越减小100Pa;(2)海平面附近的大气压越等于标准大气压。
气象
(1)晴天的大气压比阴雨天的高;(2)冬天的大气压比夏天的高。
教材深挖
气体体积与压强的关系
气球被脚一踩,它的体积变小,球内气体的压强增大,甚至会将气球撑破;堵住打气筒出气口,当打气筒的活塞下压一些后,筒内的气体体积减小,压强增大,活塞越往下压越费力。大量实验表明:温度不变时,一定质量的气体,体积减小、压强增大,体积增大,压强减小。
提出问题
当流体流动时,流体压强的大小跟流体不流动时有什么不同?
猜想与假设
流体压强与流速可能无关,也可能流速越大压强越小,还可能流速越大压强越大
进行实验
在硬币上方沿水平方向吹气,硬币会向上跳起,并随着气流向前运动,飞跃障碍物
在两张纸之间向下吹气,观察到两张纸向中间靠拢
纸条一端贴近下嘴唇,用力向前方吹气,观察到纸条飘起
在水平放置的两根筷子之间放上两个乒乓球,通过塑料管像两球中间吹气,观察到乒乓球向中间靠拢
将两只小纸船放入水盆中,用针管向两船之间冲水,观察到两只小船向中间靠拢
在倒置的漏斗里放一个乒乓球,并用手指托住,然后从漏管用力向下吹气,将手指移开,发现乒乓球掉不下来
实验结论
在气体和液体中,流速越大的位置压强越小,流速越小的位置压强越大
事例
图解
分析
“香蕉球”
足球在飞行时快速旋转,旋转带动球面附近的空气一起流动,在旋转气流方向和迎面气流方向相同的一侧,形成相对低压区,另一侧形成相对高压区,足球在两侧压力差的作用下发生偏转,沿弧线前进
气流喷壶
水平管中的空气流速大,导致竖直细管最上端管口处压强减小,水在大气压的作用下上升并进入水平出水管,随气流喷出
站台安全线
列车进站时,带动附近的空气流速加快,在列车周围形成低压区,如果人离列车太近,就会被外侧较大的气压“推向”列车
风沿墙面吹过时窗帘飘向窗外
风刮过时,室外空气流速加快,压强减小,而室内空气流速很慢,压强较大,窗帘在室内、外压力差的作用下被“推向”窗外
★方法技巧
判断流体流速大小的技巧
自然流体,如流动的空气(风)、流动的水,一般是在较宽阔的地方流速小,在较窄的地方流速大;运动的物体引起空气和液体流动时,运动物体周围的流体流速大,其余地方的流体流速小。
自身质量m/t
4
储水罐容积V/L
8×103
每个车轮与地面的接触面积S/cm2
1×103
车轮个数
6
0.98
1.01
1.13
1.29
1.48
1.69
1.80
2.00
t/℃
99
100
103
107
111
115
117
120
中考物理一轮复习专题15固体压强(知识点复习+例题讲解+过关练习)(原卷版+解析): 这是一份中考物理一轮复习专题15固体压强(知识点复习+例题讲解+过关练习)(原卷版+解析),共32页。
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