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08固体压强
压力和压强
一、固体的压力和压强
1、压力:
⑴定义:
垂直压在物体表面上的力叫压力。
⑵压力与重力的区分
物体放在水平桌面上时,压力的大小在数值上等于重力的大小
※分析原因:
物体所受重力与其所受水平桌面的支持力是一对平衡力;
桌面对物体的支持力与物体对桌面的压力是一对相互作用力。
例题:
重为G的物体在承面上静止不动,指出下列各种情况下所受压力的大小。
GGF+GG–FF-GF
2、研究影响压力作用效果因素的实验:
试验方法:
控制变量法。
实验结论:
甲、乙说明:
受力面积相同时,压力越大压力作用效果越明显。
乙、丙说明:
压力相同时、受力面积越小压力作用效果越明显。
总结:
压力的作用效果与压力和受力面积有关。
3、压强:
(表示压力作用效果大小的物理量)
(1)定义:
物体单位面积上受到的压力叫压强。
(2) 公式p=F/S
p:
帕斯卡(Pa)
F:
牛顿(N)
S:
米2(m2)
※使用该公式计算压强时,关键是找出压力F(一般F=G=mg)
受力面积S
(受力面积要注意是两物体的接触部分)
※对压强单位Pa的认识:
成人站立时对地面的压强约为:
1.5×104Pa。
它表示:
人站立时,脚下每平方米面积上,其受到脚的压力为:
1.5×104N
※特例:
使计算密度均匀形状规则的几何物体放在水平桌面时,物体对水平桌面的压强。
⑸应用:
压力不变,增大受力面积减小压强:
铁路钢轨铺枕木
坦克安装履带
书包带较宽等
压力不变减小受力面积增大压强:
菜刀刀口很薄
缝一针做得很细很尖
例题:
物块从桌面推出,但没有掉下的过程中,其对桌面压力及压强的变化。
二、液体的压强
1、液体内部产生压强的原因:
液体受重力且具有流动性,对容器底和容器壁都有压强。
2、测量:
压强计
用途:
测量液体内部的压强。
使用方法:
使用前观察气密性,并将液面调节水平。
读数时,读U型管液面高度差
3、液体压强的规律:
⑴液体对容器底和测壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强;
⑵在同一深度,液体向各个方向的压强都相等;
⑶液体的压强随深度的增加而增大;
⑷不同液体的压强与液体的密度有关。
4、压强公式:
(1)推导过程:
液柱体积:
V=Sh;
质量:
m=ρV=ρSh
液片受到的压力:
F=G=mg=ρShg.
液片受到的压强:
p=F/S=ρgh
(2)液体压强公式
p=ρgh
公式中物理量的单位为:
p:
Pa;
g:
N/kg;
h:
m
※从公式中看出:
液体的压强只与液体的密度和液体的深度有关,
与液体的质量、体积、重力、容器的底面积、容器形状均无关。
著名的帕斯卡破桶实验充分说明这一点。
※液体压强与深度关系图象
例题:
1、试分析以下三种情况同种液体对容器底的压力及压强有什么区别。
2、试分析水泡上升过程中,体积会有什么变化。
※计算液体对容器底的压力和压强问题:
一般方法:
㈠首先确定压强p=ρgh;
㈡其次确定压力F=pS
特殊情况:
对于直柱形容器 F=G,可先求F
再用p=F/S求压强
7、连通器:
⑴定义:
上端开口,下部相连通的容器
⑵原理:
连通器里装一种液体且液体不流动时,各容器的液面保持相平
※液体有流动性用压强保持平衡,固体力保持平衡。
⑶应用:
乳牛自动喂水器
船闸
三、大气压
1、概念:
大气对浸在它里面的物体的压强叫做大气压强,简称大气压。
符号:
P0
说明:
“大气压”与“气压”的区别
高压锅内的气压指部分气体压强,高压锅外称大气压。
2、产生原因:
空气受重力并且具有流动性。
3、大气压的存在——实验证明:
历史上著名的实验——马德堡半球实验。
小实验——覆杯实验、
瓶吞鸡蛋实验、
皮碗模拟马德堡半球实验。
※此实验过程中与马的拉力相平衡的是大气压强所产生的拉力,两半球之间并没有力的作用。
4、大气压的实验测定:
托里拆利实验
(1)实验过程:
在长约1m,一端封闭的玻璃管里灌满水银,将管口堵住,然后倒插在水银槽中放开堵管口的手指后,管内水银面下降一些就不在下降,这时管内外水银面的高度差约为760mm。
(2)原理分析:
在管内,与管外液面相平的地方取一液片,因为液体不动故液片受到上下的压强平衡。
即向下的大气压=水银柱产生的压强。
(3)结论:
大气压p0=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa(其值随着外界大气压的变化而变化)
(4)说明:
A实验前玻璃管里水银灌满的目的是:
使玻璃管倒置后,水银上方为真空;若未灌满,则测量结果偏小。
B本实验若把水银改成水,则需要玻璃管的长度为10.3m
C将玻璃管稍上提或下压,管内外的高度差不变,
将玻璃管倾斜,高度不变。
E标准大气压:
支持76cm水银柱的大气压叫标准大气压。
1标准大气压=760mmHg=76cmHg=1.01×105Pa
5、大气压的特点:
(1)特点:
空气内部向各个方向都有压强,且空气中某点向各个方向的大气压强都相等。
大气压随高度增加而减小,
大气压的值与地点、天气、季节、的变化有关。
晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。
(2)大气压变化规律研究:
在海拔3000米以内,每上升10米,大气压大约降低100Pa
6、测量工具:
定义:
测定大气压的仪器叫气压计。
分类:
水银气压计和无液气压计
说明:
若水银气压计挂斜,则测量结果变大。
在无液气压计刻度盘上标的刻度改成高度,该无液气压计就成了登山用的登高计。
7、应用:
活塞式抽水机和离心水泵。
8、沸点与压强:
内容:
一切液体的沸点,都是气压减小时降低,气压增大时升高。
应用:
高压锅、除糖汁中水分。
例题:
1、列举出你日常生活中应用大气压知识的几个事例?
答:
①用塑料吸管从瓶中吸饮料②给钢笔打水
③使用带吸盘的挂衣勾④人做吸气运动
2、解释打气筒原理
3、浮力
1、浮力的定义:
一切浸入液体(气体)的物体都受到液体(气体)对它竖直向上的力叫浮力。
2、浮力方向:
竖直向上
施力物体:
液(气)体
3、阿基米德原理
※阿基米德原理:
F浮=G排(求浮力的万能公式)
4、浮力产生的原因(实质):
液(气)体对物体向上的压力大于向下的压力,向上、向下的压力差即浮力。
4、物体的浮沉条件:
(1)前提条件:
物体浸没在液体中,且只受浮力和重力。
F浮
G
下沉悬浮上浮漂浮
F浮
ρ液<ρ物ρ液=ρ物ρ液>ρ物ρ液>ρ物
※把物体从水中提出的过程中,物体所受浮力与提升高度的坐标图像
5、浮力的利用:
(1)、轮船:
工作原理:
要使密度大于水的材料制成能够漂浮在水面上的物体必须把它做成空心
的,使它能够排开更多的水。
排水量:
轮船满载时排开水的质量。
单位t
轮船受到的浮力F浮=mg轮船和货物共重G=mg。
(2)潜水艇:
工作原理:
潜水艇的下潜和上浮是靠改变自身重力来实现的。
(3)气球和飞艇:
工作原理:
气球是利用空气的浮力升空的。
气球里充的是密度小于空气的气体如氢气、氦气或热空气。
为了能定向
航行而不随风飘荡,人们把气球发展成为飞艇。
(4)、密度计:
原理:
利用物体的漂浮条件来进行工作。
构造:
下面的铝粒能使密度计直立在液体中。
刻度:
刻度线从上到下,对应的液体密度越来越大
【典型例题一】
例1.在探究压力的作用效果与什么因素有关的实验中,小明利用小桌、砝码、泡沫塑料等器材设计了如图所示的几个实验。
(1)在实验中,小明同学是通过观察泡沫塑料的来比较压力作用效果的.
(2)图中两个实验是用来研究压力的作用效果与压力是否有关的.
(3)在物理学中,用来表示压力的作用效果.
解析:
(1)在实验中,小明同学是通过观察泡沫塑料的形变的大小来比较压力作用效果的;
(2)图中甲和乙两个实验是用来研究压力的作用效果与压力是否有关的:
(3)在物理学中,用压强来表示压力的作用效果。
答案:
形变程度甲乙压强
说明:
探究压力作用效果的实验是一个经典的实验,这里研究问题的方法是控制变量法,其研究的结论是一个重要结论。
该题是初中物理教学中比较早地应用了控制变量法的一个经典老题。
例2.下列与大气压有关的现象是()
A、用吸盘挂钩挂衣服
B、挖掘隧道时用激光准直
C、用电磁起重机搬运货物
D、安装保险丝来保护电路
解析:
当把吸盘挂钩压在墙壁上时,是把里面的空气压出后,大气压把吸盘紧压在墙壁上,从而可以挂衣服的,所以正确答案:
A。
答案:
A。
说明:
在生活中有许多与大气压有关的一些生活实例我们应该能在具体的问题中识别它们,有时还要利用这些知识来解决一些实际的问题。
例3.如图所示,在水槽中有体积相等的甲、乙两个小球。
甲漂浮在水面上,乙悬浮在水中,它们所受浮力F浮、密度ρ、重力G和排开水的体积V排的关系。
正确的是()
A.F浮甲>F浮乙B.ρ甲>ρ乙C.G甲
解析:
因为甲漂浮在水面上,它受的浮力等于它的重量,即:
F浮甲=G甲,乙悬浮在水中,它受的浮力也等于它的重量,即:
F浮乙=G乙.而从图中可以看出,V排甲 答案: C 说明: 力与物体运动状态关系在苏科版教材中是被安排在物体的浮沉条件中的。 利用物体的浮与沉的知识来解决这个问题是一种比较有创意的知识体系,我们在学习这一部分内容时应该体会知识结构的完整性。 例4.火车站台上都设有安全线,火车进站时,人若越过安全线就会发生危险,请说明发生危险的原因: 。 解析: 火车通过时,人体与车辆之间的空气流速比外侧快,压强小,人容易被外侧空气压向火车(或被气流“吸”向火车)。 答案: 车运动快时,引起车附近气流的流速大,此时车附近的压强小,大气压会将人压向火车,从而发生危险。 说明: 流体的压强与流速的关系是近来中考的热点,也是课程标准及我们苏科版教材的新增内容,应该引起同学们的重视。 例5.如图所示,表示甲、乙、丙三种物质的质量与体积的关系,其中甲、丙为固体。 乙为液体(足够多),则下列说法正确的是() A.实心物体甲放人乙液体静止后,一定漂浮 B.实心物体丙放入乙液体静止后,一定漂浮 C.实心物体甲放入乙液体静止后,一定悬浮 D.实心物体丙放人乙液体静止后,一定沉底 解析: 从图中可以看出: 体积相等的三种物质,甲的质量最大,所以甲的密度也最大,三种物质的的密度关系是: ρ甲>ρ乙>ρ丙,既然都是实心物体,甲放入乙中,肯定会下沉,而丙放入乙中则会上浮,最终会漂浮。 答案: B。 说明: 图表题是近年来,尤其是新课标实施以来的一种潮流题,这种题能考查同学们获取信息的能力,又能考查同学们利用有用的信息解决一些实际问题的能力。 【典型例题二】 知识点一: 利用浮沉条件进行简单的判断 例: 体积是20cm3的实心铝块放在水中,其受到的浮力是_____。 (ρ铝=2.7g/cm3)若将铝块放到水银中漂浮,静止后其受到的浮力是________。 解析: 根据关键词、数据得知物体的浮沉情况。 答案: 0.2N,0.54N 知识点二: 利用浮沉条件进行间接判断 例: 体积为0.1dm3的木块重0.85N,如果将它浸在煤油中(ρ油=0.8g/cm3),它受到的浮力为________N。 解析: 利用阿基米德原理法计算浮力。 法一: 求出物体的平均密度。 法二: 假设物体浸没在煤油中,求出浸没时所受的浮力,再与重力的大小进行比较。 答案: 0.8。 知识点三: 转化判断 例1: 100g重的物体放在盛满液体的杯子里,溢出液体80g,则() A.物体将浮在液面上;B.物体将沉入杯底; C.物体将悬浮在液体中;D.无法确定物体的沉浮。 答案: B 例2: 一个量筒中盛有200mL的水,今将一质量为60g的物体投入量筒中后水面升高到250mL处,那么这个物体在量筒中的情况是() A.悬浮在水中B.漂浮在水面 C.下沉到筒底D.下沉到筒底后又上浮 解析: 根据G=mg,F浮=m排g可得浮沉条件的另一种比较方法,即比较m和m排。 m>m排下沉(沉底) m=m排悬浮 m<m排上浮(漂浮) 题目中没有直接给出m和m排的话也可通过计算得到。 答案: C 总结: 判断物体浮沉的方法: 比较力的大小 比较密度的大小 比较质量的大小 知识点四: 简单定性: 由浮沉作比较 同一物体比较 例1: 如图所示,将一只玩具青蛙放入水中,它能漂浮于水面;把它放入另一种液体中,它却沉入底部,则在这两种情况下这只玩具青蛙受到的浮力大小相比较() A.它在水中受到的浮力较大 B.它在该液体中受到的浮力较大 C.它在水中与另一种液体中受到的浮力一样大 D.无法比较它所受浮力的大小 解析: 同一物体,其漂浮时受到的浮力比沉底时大。 答案: A 不同物体比较 例2: 质量相等的蜡块和木块漂浮在水面上,已知木块的密度小于蜡块的密度,则() A.木块受到的浮力大于蜡块受到的浮力 B.木块受到的浮力小于蜡块受到的浮力 C.木块受到的浮力等于蜡块受到的浮力 D.木块排开的水的体积等于蜡块排开的水的体积 若换成质量相同的实心木球和铁球放入水中,ρ木<ρ水<ρ铁,则木球受到的浮力___铁球受到的浮力。 (选填“大于”、“等于”或“小于”) 解析: 质量相同的两物体都漂浮时其浮力相等,质量相同的两物体一浮一沉时,漂浮的物体受到的浮力大。 答案: CD,大于 例3: 体积相等的蜡块和木块漂浮在水面上,已知木块的密度小于蜡块的密度,则() A.木块受到的浮力大于蜡块受到的浮力 B.木块受到的浮力小于蜡块受到的浮力 C.木块受到的浮力等于蜡块受到的浮力 D.木块排开的水的体积等于蜡块排开的水的体积 若换成体积相同的实心木球和铁球放入水中,ρ木<ρ水<ρ铁,则木球受到的浮力___铁球受到的浮力。 (选填“大于”、“等于”或“小于”) 解析: 体积相等的两物体都漂浮时看其质量(密度),质量大的浮力大。 体积相等的两物体一浮一沉时,沉底的物体浮力大(排液体积大)。 答案: B,小于。 综上: 同一物体的重力一般相同,不同物体质量相等时重力相等,体积相等时,利用 =ρ液gV排,G=mg再结合G和F浮的关系可得物体浮力的大小关系。 转化比较: 例4: 把一个小球放入盛满某种液体的溢水杯中,小球浸没在杯底,从杯中溢出10g液体。 若将小球放入盛满水的溢水杯中,它漂浮在水面上。 从杯中溢出的水的质量 A.等于10gB.小于10gC.大于10gD.无法判断 解析: 利用漂浮和沉底时物体的质量和排液质量来比较判断。 答案: C 例5: 两个完全相同的容器中,分别盛有甲、乙两种液体,将完全相同的两个小球分别放入两容器中,当两球静止时,液面相平,球所处的位置如图所示,甲、乙两种液体对容器底的压强大小分别为P甲、P乙,两球所受的浮力分别为F甲和F乙,则下列关系正确的是 A.P甲<P乙B.P甲>P乙C.F甲=F乙D.F甲>F乙 解析: 同一物体漂浮或悬浮时,浮力相等,但漂浮时液体密度大,悬浮时液体密度小。 答案: BC 例6: 甲、乙两物体的重力相同,将其放入水中静止时的状态如图所示,V甲<V乙,比较甲、乙两物体所受的浮力: F甲F乙;比较甲、乙两物体排开的水的体积: V甲排_____________V乙排;比较甲、乙两个物体的密度ρ甲ρ乙。 解析: 无论是同一物体还是不同物体,不同的状态下一定有相等的量,如m、G、V、ρ、F等。 抓住等量是进行比较的关键。 答案: =,=,> 知识点五: 简单定量: 由浮沉做计算 例1: 已知ρ蜡=0.9×103kg/m3,ρ酒精=0.8×103kg/m3,把一蜡块放入盛满酒精的容器中,溢出的酒精的质量是4g;若把该蜡块放入盛满水的容器中,则溢出的水的质量是() A.4gB.4.5gC.5gD.3.6g 解析: 由题给条件判断出蜡块在酒精中沉底,在水中漂浮,从而计算可得。 根据题给条件判断出物体的浮沉状态后再选择适合的浮力计算式。 一般情况下由“漂浮”、“悬浮”得F浮=G, 由“浸没”、“悬浮”、“下沉”、“沉底”得V排=V物,F浮=ρ液gV排=ρ液gV物。 答案: B 知识点六: 浮沉条件的综合运用 例: 水平桌面上有一溢水杯,其底面积是100cm2,溢水口高10cm,溢水杯内盛满密度为0.8×103kg/m3的酒精,把一体积为800cm3,底面积为溢水杯底面积一半的圆柱体木块缓缓地竖直放入溢水杯中(木块不吸酒精),待木块静止后,其受到的浮力是N。 (已知ρ木=0.6×103kg/m3,g取10N/kg) 解析: 思考是否ρ液>ρ物物体就一定漂浮在水面上? 此题中木块沉在溢水杯底部。 答案: 4 同步练习(答题时间: 50分钟) 一、填空题 1.一切浸入液体的物体,都受到液体对它的_________________的_____________。 2.浸没在液体中的物体,受到向上和向下的___________________就是浮力。 3.提起浸没在水中的物体时用力较小,当物体离开水面时用力较大,这是由于________缘故。 4.一个2牛的钩码,挂在弹簧秤钩上,当钩码浸没在水中时弹簧秤的示数是1.2牛,这个钩码受到的水的浮力是_______________牛。 5.一木块浮在液面上,受到的重力是2N,它受的浮力为_____________。 6.体积为100厘米3的石块全部浸没在水中,当它受到水向上的压力是2牛时,它受到水向下的压力是______________牛。 7.用弹簧秤测石块的重力为9.8牛,若把石块的一半浸没于水中,弹簧秤上的读数变为7.84牛,可知此石块所受的浮力为_____________牛,石块的体积为____________,这种石块的密度为______________,该石块若全浸于煤油中,则弹簧秤的读数将变为____________牛。 8.将质量为270克的物体全部浸入盛满水的杯中,溢出的水是100厘米3,则该物体所受的浮力是____________牛,物体的体积是__________,物体的密度是___________千克/米3(g取10牛/千克) 9.一漂浮在煤油上的物体,可以排开120cm3的煤油,那么,当该物体浮在水上时,能排开的水的体积为_______________。 二、不定项选择题 10.完全浸没在水中的乒乓球,放手后从运动到静止的过程中,其浮力大小的变化情况是() A.浮力不断变大,但小于重力 B.浮力不变,但浮力大于重力 C.浮力先不变,后变小,且始终大于重力,直至静止时,浮力才等于重力 D.浮力先大于重力,后小于重力 11.一质量均匀的物体悬浮于某种液体中,如果将此物体截成大小不等的两部分,则() A.大的部分下沉,小的部分上浮 B.大、小两部分都下沉 C.大、小两部分都上浮 D.大、小两部分都悬浮 14.一轮船从海里开到河里,排开的水的体积将() A.变大B.变小C.不变D.无法判定 12.鸡蛋放入水中后沉在底部,往水中加盐后,鸡蛋浮出水面,由以上现象可以判断出下列说法正确的是() A.鸡蛋所受到的重力大于在纯水中所受到的浮力 B.鸡蛋的密度小于盐水的密度 C.鸡蛋所受到的重力小于在盐水中所受到的浮力 D.浮在盐水中的鸡蛋所受到的浮力比沉在盐水中所受到的浮力大 13.潜水艇潜入深水作业,分别处于静止状态、沿水平方向匀速运动、加速运动时,潜水艇所受到的浮力是() A.在静止时受到的浮力最大 B.在匀速运动时受到的浮力最小 C.在加速运动时受到的浮力最大 D.三种状态的浮力一样大 14.气象探测气球在充满氢气后,其所受浮力远远大于其重力。 将该气球放出后,若气球体积基本保持不变,则气球的运动情况是() A.一直不停地上升 B.匀速上升 C.只能升到一定的高度,并将停留在这一高度 D.升到一定高度后会下降,下降到一定高度后又会上升 模拟试题一 (完成时间: 60分钟,满分100分) 一、选择题(选择一个正确答案,共15题,每题2分,计30分) 1.下列实例中,增大压强的是( ) A.大型挖掘机宽大的履带 B.切蛋器 C.铁轨铺在枕木上 D.滑雪运动员脚下的滑雪板 2.一个中学生站在水平地面上对地面的压强大约是() A.102PaB.103PaC.104PaD.105Pa 3.下列事例中能够增大压强的措施是() A.铁轨铺在枕木上B.书包背带做宽一些 C.载重汽车多用几个轮子D.木桩的下端削成尖形 4.两个完全相同的容器,分别盛有甲、乙两种液体,将完全相同两个小球分别放入容器中,两球静止时,液面相平,球所处位置如图所示,甲、乙两种液体对容器底的压强大小分别为P甲、P乙,则() A.P甲 P乙C.P甲=P乙D.无法确定 5.如图所示各种应用中,不是应用大气压强的是() 6.同一木球漂浮在不同液体面上,那么() A.浸没的体积较大时受浮力较大; B.露在液面上的体积较大时所受浮力较大 C.不论浸没的体积多大,所受的浮力一样大 D.无法判断浮力的大小。 7.如图所示的密度计,若把它放入密度为ρA的液体里,静止时,液面在密度计A刻度处,密度计受到浮力为FA。 若把它放入密度为ρB的液体里,静止后,液面在B刻度处,受到的浮力为FB,则有( ) A.在两种液体里受到的浮力是FA B.两种液体的密度是: ρA>ρB C.两个刻度的读数是A D.以上说法都不正确 8.A、B两个体积相等的实心铜球,分别放入水和水银中,当它们都处于静止状态时,它们受到的浮力分别是FA、FB,则比较浮力的大小是: () A.FA>FBB.FA=FBC.FA<FBD.无法比较 9.潜水艇在海水里匀速竖直上浮过程中(未露出海面),下面说法正确的是() A.浮力变大,重力小于浮力 B.浮力不变,重力小于浮力 C.浮力不变,重力等于浮力 D.浮力和重力同时变小,但浮力和重力始终相等 10.两个不同材料制成的实心球a和b,它们都漂浮在水面上时,a球有1/4的体积露出水
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