物理竞赛培训 液体压强与大气压强.docx
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物理竞赛培训液体压强与大气压强
第十三讲液体压强与大气压强
【知识补充】
1、上端开口,下部连通的容器叫连通器。
原理:
连通器里装一种液体且液体不流动时,各容器中的液面高度总是相同的。
应用:
茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等。
2、托里拆利实验说明:
①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。
②本实验若把水银改成水,则需要玻璃管的长度为10.3m
③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,长度变长。
3、标准大气压——支持76cm水银柱的大气压叫标准大气压。
标准大气压=760mmHg=76cmHg
=1.013×105Pa,可支持水柱高约10.3m
4、大气压的变化:
大气压随高度增加而减小,大气压随高度的变化是不均匀的,低空大气压减小得快,高空减小得慢,且大气压的值与地点、天气、季节的变化有关。
一般来说,晴天大气压比阴天高,冬天比夏天高。
5、
大气压的测量:
测定大气压的仪器叫气压计。
气压计分为水银气压计和无液气压计。
6、大气压的应用:
活塞式抽水机和离心式抽水机。
7、虹吸现象:
虹吸是利用液面高度差的作用力现象,可以不用泵而吸抽液体。
将液体充满一根倒U形的管状结构内(称为虹吸管)后,将开口高的一端置于装满液体的容器中,容器内的液体会持续通过虹吸管从开口于更低的位置流出。
8、
帕斯卡定律(Pascal'slaw),即帕斯卡原理(Pascal'sprinciple)或称静压传递原理。
指加在密闭液体任何一部分上的压强,必然按照其原来的大小由液体向各个方向传递。
只要液体仍保持其原来的静止状态不变,液体中任一点的压强均将发生同样大小的变化。
这就是说,在密闭容器内,施加于静止液体上的压强将同时传到各点。
公式:
P1=P2?
即F1/S1=F2/S2?
也即F1/F2=S1/S2
【热身训练】
例一:
(2011上海初中物理知识竞赛题)两块相同的海绵分别置于相同的磅秤上,取两个相同的物块分别置于海绵上,如图所示。
下列关于甲、乙两图中磅秤示数F甲、F乙大小及海绵下陷浓度h甲、h乙的比较,正确的是【】
A.F甲=F乙,h甲>h乙B.F甲=F乙,h甲=h乙
C.F甲
【解析】由于是两个相同的物块甲、乙两图中磅秤示数F甲、F乙大小相等,F甲=F乙;由压强定义,在压力相同时,压强与受力面积成反比,下陷浓度h甲>h乙,选项A正确。
例二:
(2011上海初中物理知识竞赛题)如图所示,置于水平桌面上的一个密闭的圆锥形容器内装满了重力为G的某种液体。
已知:
圆锥形容器的容积公式为V=
πR2h,,其中,R、h分别为容器的底面半径和高。
则容器内的液体对容器侧面的压力大小为【】
A.1GB.2GC.3GD.0
【解析】若重力为G的某种液体装在圆柱体容器内,容器内的液体对容器底面的压力应为G,重力为G的某种液体装在圆锥形容器内,则其液面高度为圆柱形容器的3倍,容器内的液体对容器底面的压强为圆柱形容器的3倍,其压力为3G。
把液体看作整体,分析受力,由平衡条件可知,容器侧面对液体的压力大小为2G,根据力的作用是相互的,容器内的液体对容器侧面的压力大小为2G,所以正确选项为B。
例三:
如图6所示,水平桌面上有两个完全相同的鱼缸甲和乙,盛有适量的水,把一个橡皮泥做的小船放入乙后,小船处于漂浮状态,此时两鱼缸内的水面刚好相平。
然后把它们分别放在台秤上,则台秤的示数【】
A.甲放上时大
B.乙放上时大
C.甲或乙放上一样大
D.无法判断
【解析】根据两鱼缸内的水面刚好相平,由液体压强公式可知,鱼缸底部受到的液体压强一样大,完全相同的鱼缸,底面大小相等,所以鱼缸对台秤的压力一样大,台秤的示数一样大,选项C正确。
【突破训练】
一、帕斯卡定律的应用
1、如图所示,两个密闭容器中均装满液体。
容器中的大活塞面积为S2,小活塞的面积为S1,且S1:
S2=1:
5。
左边容器的大活塞与右边容器小活塞固定在一起。
若在左边容器小活塞S1上加100N的压力,那么需在右边容器大活塞S2上加多大的压力才能使整个装置平衡?
2、一个液压千斤顶,小活塞直径为1.2cm,如果在小活塞上施以50N的压力时,在大活塞上能举起20000N重的物体,则大活塞上的直径为多少?
3、如图所示,有三个带活塞a、b、c的圆筒,底部相连,里面装有水,活塞a、b、c截面
积之比为4:
3:
2,活塞重不计。
在活塞a、b、c上各放有质量分别为8kg、6kg、4kg的物体,则()
A.a活塞上升。
B.b活塞上升。
C.活塞上升。
D.活塞仍都保持平衡。
二、液体压力与重力关系
4、如图所示,一个圆台形容器A面朝下放置时,液体对A面压力为FA,压强为pA;把它倒过来B面朝下放置时,液体对B面的压力为FB,压强为pB,则()
A.FA>FB,pA>pBB.FA<FB,pA<pBC.FA>FB,pA<pBD.FA<FB,pA>pB
5、如图所示,甲、乙、丙三个容器的底面积S相等,在三个容器中分别注入质量相等的酒精、水和水银,比较三个容器底部所受液体的压力F甲、F乙、F丙的大小关系是()
A.F甲>F乙>F丙B.F甲=F乙=F丙C.F甲<F乙<F丙D.无法判断
6、甲、乙两个完全相同的瓶子置于水平桌面上,甲装水,乙装等质量的盐水,且液面
均超过aa’面,但均未溢出,如图所示.两瓶底部受到的压强p甲与p乙的关系为()
A.p甲>p乙。
B.p甲
C.p甲=p乙。
D.无法比较。
7、如图所示,两端开口的圆锥形小筒,下面用一重力可忽略不计的薄片贴住后一起浸入水中,漂浮在水面。
如果向小筒中注入100g的水,薄片恰能脱落,则同样也能够使薄片下落的方法是()
A.在薄片中央轻放100g砝码B.慢慢注入100g酒精
C.慢慢注入100g水银D.上述三种情况都不行
8、如图所示,锥形瓶中盛有0℃的水,现用酒精灯加热,使水温升高到10℃,在这一过程中(不考虑水的汽化及锥形瓶的热胀冷缩),则水对锥形瓶底的压强变化是( )
A.不变B.变大C.先变小,后变大D.先变大,后变小
三、连通器和U型管的应用
9、如图内径均匀的U形管内盛有密度不同的两种液体.其中一种液体的密度是ρ1;另一种液体的密度是ρ2,体积是V.且ρ2>ρ1.静止时,两种液体不混合.若U形管的横截面积为S,则两边液面的高度差h等于.
10、直径之比为1:
4的两管构成一个连通器,如图所示。
先在连通器里装上水银,然后再往左边细管中倒进68cm高的水,则细管中水银面下降了多少?
粗管中水银面要上升多少?
如果把这些水倒进右边粗管里,则细管中的水银面比粗管中的水银面高多少?
11、如图所示,一个足够长、粗细均匀的U形管。
先在A管中注入密度为ρA的液体,再往B管中注入密度为ρB的液体,当两管中的液面高度差为L/2时(L为B液体的液柱长度),管内液体处于平衡状态。
如果再往A管中注入液体c,已知ρc=ρB/2,欲使液体平衡时两管的液面恰好相平,应该注入液体C的液柱长度为________。
四、压强计算
12、水平桌面上的密闭圆锥形容器内,装满互不相溶的两种液体,上下两部分液体的深度恰好相等,如图所示。
已知上下两种液体的密度之比ρ1:
ρ2=1:
2,上部分液体对下部分液体的压力为F1,下部分液体对容器底部的压力为F2,则F1:
F2=________。
13、如图所示,一只锥形烧瓶量得它的上口径与底径之比为1:
3,放在水平桌面上,容器内有两种互不相溶的液体充满容器,且上、下两部分液体恰好深度相同。
已知上、下两种液体的密度之比为ρ1:
ρ2=1:
2,设上部液体对下部液体的压力为F1,下部液体对瓶底的压力为F2,则F1:
F2=________。
14、如图所示,圆柱形容器内注入某种液体,深度为H,容器底的半径为r。
如果液体对侧壁的压力等于对容器底部的压力,那么H与r的比值为()
A.1:
1B.1:
2C.2:
1D.l:
3
五、虹吸现象
15、某同需要清理金鱼缸中沉在底部的污物,其手中只有一根透明的塑料软管,采用虹吸的方法来将鱼缸底部的污物排除.软管的一端插入鱼缸的底部如图1所示,该同学用嘴在软管的另一端吸气,使管中液面到达某点时停止吸气,管中就能自动排出鱼缸底部的污水,同时保证污水不能流进该同学的嘴中,该点是()
A.A点B.B点C.C点D.D点
16、如图所示是公共厕所中的自动冲水装置,水相中有倒置的U形管ABC,它通过箱底直接与泄水管相连,问当水箱内水位到______时放水,水位降到______时放水停止。
17、在趣味物理表演会上,小明展示了如图所示的蓄水和放水装置。
如果原来水箱是空的,注水时水箱中的水位高于哪点时排水口才有水流出?
如果原来水箱是满的,放水时水箱中的水位降到哪点时排水口才停止出水?
如果进水口不停地向箱中注水,但进水流量较小,使得当出水口有水流出时,进水流量小于出水流量,这种情况下排水口的水流有什么特点?
18、由于长期的河道淤塞,黄河下游的河床已被抬高。
沿河农民通常采用如图所示的方式,引黄河水来灌溉农田。
有关这种引水灌溉方式,下列说法中错误的是()
A.这种取水灌溉方式利用了连通器原理B.使用时B端管口必须低于A处水面
C.使用时先将管道中灌满水D.高度差B越大,管道中的水流得就越快
六、托里拆利实验
19、如图所示,一个粗细均匀的薄壁玻璃管倒扣在水银槽内,上面用弹簧拉着处于静止状态,此时管内有一部分空气,管内水银面比槽内水银面高出h,管内水银面比管的开口处高出H,忽略玻璃管本身的重力,则弹簧测力计的读数等于()
A.外界大气压力与管内气体对玻璃管底部的压力之差
B.玻璃管内h高水银柱所受重力的大小
C.上面A或B
D.玻璃管内H高的水银柱所受重力的大小
20、如图所示,一端开口、一端封闭部分空气的玻璃管,开口向下插入水银槽中,不计玻璃管的重力和浮力,用竖直向上的力F提着保持平衡,此时管内外水银面高度差为h。
如果将玻璃管向上提起一段距离,待稳定后,此时的F和h与刚才相比()
A.F会增大,h也增大B.F会增大,h却不变
C.F会不变,h却增大D.F会不变,h也不变
21、如图,一端封闭的玻璃管内水银面的上方留有一些空气,当外界大气压强为1标准大气压时,管内水银柱高度l1小于76cm,此时弹簧秤示数为F1。
若在水银槽中缓慢地倒入一些水银,使槽内水银面升高,则玻璃管内的水银柱高度l2和弹簧秤的示数F2应满足()
A.l2=l1,F2=F1B.l2>l1,F2>F1C.l2
22、如图所示,将水银槽置于天平左盘中,玻璃管被支架固定,右盘中放人适量砝码,天平平衡。
若大气压增大,则下列说法正确的是()
A.天平仍保持平衡。
B.天平不再平衡,若要恢复平衡,需在右盘中增加适量砝码。
C.天平不再平衡,若要恢复平衡,需在右盘中减去适量砝码。
D.无法确定。
23、活塞式抽水机模型,如图10所示,当活塞不断上升时,拉力F的大小及水对活塞的压强p将()
A.F先增大后不变,p不变。
B.F先减小后增大,p先减小后不变。
C.F先增大后不变,p先减小后不变。
D.F、p都不断增大。
24、手持抽气、打气两用气筒的构造如图1所示,a为筒身,B为活塞,C和J是气门装置,类似于自行车内胎上套有气门芯的气门嘴,起阀门作用。
使用这种气筒时()
A.接D气门,起打气作用;接c气门,起抽气作用。
B.接D气门,起抽气作用;接C气门,起打气作用。
C.向外拉活塞,2个气门都起抽气作用。
D.向里推活塞,2个气门都起打气作用。
25、如图所示,在一个一端开口的U形管内装有水,管的左端封闭着一些空气,水中有一只小试管浮在水面,小试管中也封闭着一些空气.向右管中注入水,则小试管相对左管内的水面变化情况()
A.小试管将上浮B.小试管将向下沉一些
C.小试管将先向下沉一些,再上浮D.无法判断
26、在一根左端封闭、右端开口的U形细玻璃管内注入水银并充满左端,两端水银面的高度差为20cm,如图所示。
若用拇指将开口端堵住,并将U形管的开口向下。
松开拇指后,管内两侧水银面的位置应是图中的()
七、综合练习题
1.
有一根盛有液体的长玻璃管,开口向上竖直放置,然后逐渐倾斜,则液体对管底的压强将:
()A.增大B.不变C.减小D.变化不定
2.如图所示的“帕斯卡裂桶实验”,木桶内装满水,桶的顶部竖立着一根细管,一人在三楼的阳台上向细管内只倒入了几杯水,木桶就被水压破了,这一实验表明,影响液体内部压强的因素是液体的:
()
A.质量B.深度C.密度D.体积
3.如图所示,将一个普通的乒乓球轻轻放入漏斗中,用电吹风从管里向上吹气,那么以下分析正确的是:
()
A.球被向上吹起,因为其下方气体流速大,压强大
B.球被向上吹起,因为其下方气体流速大,压强小
C.球不会被向上吹起,因为其下方气体流速大,压强大
D.球不会被向上吹起,因为其下方气体流速大,压强小
4.如图,一个圆台形的筒子,下用一重力忽略不计薄片贴住,浸入水中后,薄片不会下落,如果筒中注入100g水,恰能使它脱落,则下列情况哪种能使薄片下落( )
A.在薄片中央轻放100g砝码
B.慢慢注入100g酒精
C.慢慢注入100g水银
D.上述三种做法都不行
5.如图甲所示,杯中盛有密度分别为ρ1和ρ2的两层均匀液体,且ρl<ρ2,经过一段时间后变成了密度为ρ的混合液体,如图乙所示.设液体总体积不变,则液体对杯底的压强如何变化_________(填“变大”、“变小”或“不变”)
6.类比水压是形成水流的原因,猜想血液在血管内流动时也需要一定的压力差来维持。
假设血液匀速通过长度一定的血管时,受到的阻力f与血液的流速v成正比,即f=kv。
那么,要想让血液匀速流过,血管两端就需要一定的压力差。
设血管截面积为S1时,两端所需的压强差为Δp1;若血管截面积减少10%时,为了维持在相同的时间内流过同样体积的血液,压强差必须变为Δp2。
请你通过计算比较Δp1、Δp2的大小,说明血管变细可能是诱发高血压的重要因素之一。
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