大气压强流体压强与流速的关系概要.docx
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大气压强流体压强与流速的关系概要
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,一般有p0表示。
说明:
“大气压”与“气压”(或部分气体压强)是有区别的,如高压锅内的气压——指部分气体压强。
高压锅外称大气压。
2、产生原因:
因为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。
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。
即向上的大气压=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,长度变长。
D若外界大气压为HcmHg试写出下列各种情况下,被密封气体的压强(管中液体为水银)。
HcmHg(H+h)cmHg(H-h)cmHg(H-h)cmHg(H+h)cmHg(H-h)cmHg(H-h)cmHg
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
2标准大气压=2.02×105Pa,可支持水柱高约20.6m
4、特别提示:
①托里拆利管中要充满水银,不能留有气泡(若有气泡,测量值将怎么变化?
)
②在做实验时,要将玻璃管竖直放置(为什么?
)
③测量高度是指水银槽水银面到玻璃管中液面的垂直高度
④管内水银柱的高度只随外界大气压变化而变化,与管的粗细、倾斜角度、管得长短及玻璃管提起还是压下无关
⑤托里拆利实验若用水做,玻璃管至少应——m
⑥对于公式p=ρgh,不适用于气体(因为空气的ρ是变化的)
⑦一定量的气体,温度不变,体积→大,p→小,反之,成立。
当V升高时,温度→高,p→大,反之,成立。
例1、如下图所示,甲、乙、丙三个人同时用托里拆利的方法,在同一教室测大气压,测得管内水银柱的长度分别为74.5cm、75.2cm、76.1cm,他们当中一个做实验时进了空气;另一人测量水银柱高时没有把管竖直放好;有一个测量准确,问大气压当时的值应是多少厘米汞柱?
例2、一端开口、一端封闭的玻璃管,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(如图所示).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
18题图
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
例3、在一次台风过境时,台风中心的气压下降为9×104pa,而房屋中的气压为一个标准大气压,若屋顶的面积为100m2,则屋顶内外受到的压力为多少?
若屋顶所能承受的最大压力为1.2×106N,则屋顶会否被掀掉?
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,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。
(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。
9、体积与压强:
内容:
质量一定的气体,温度不变时,气体的体积越小压强越大,气体体积越大压强越小。
应用:
解释人的呼吸,打气筒原理,风箱原理。
10、人体内的压强80~120cm汞柱
☆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
例1、青藏铁路已全线贯通,即将投入运营的高原列车有完善的供氧系统和完备的医疗应急系统,这样做是因为()
A.高原空气稀薄,大气压强小B.高原空气稀薄,大气压强大
C.高原空气稠密,大气压强小D.高原空气稠密,大气压强大
实验探究
1、小明同学利用注射器、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__________________________
(2)如图所示,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________时,记下弹簧测力计的示数为8.2N.
(3)用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度为___cm,计算得到活塞的横截面积为___cm2.
(4)计算得到大气压强的数值为_Pa.
(5)小明了解到班内同学的实验误差普遍很大,有的偏大,有的偏小.请分析,该实验过程中导致误差的因素有(请写出两条)_____________________________________________;
流体压强和流速的关系
1、液体和气体,都没有一定的形状,且很容易流动,因此统称为流体
2、在流体流速越大的位置,压强越小,流速越小,压强越大
3、事例:
①鸟飞行时为什么要上下震动翅膀
②刮大风时,我们感觉到呼吸困难
③飞机怎样上升的
④汽车在马路上快速驶过,马路两边的树叶会随风飘动
⑤候车的旅客为什么应站在安全线以内
例题1:
小虎同学利用注射器(容积为V)、弹簧测力计和刻度尺估测大气压的值.
(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这样做的目的是▲.
(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,用刻度尺测出注射器的全部刻度的长L,则大气压的值可表示为p=▲.
(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▲(进填“偏大”、“偏小”或“不变”)
(4)实验室有甲、乙两个注射器,活塞的横截面积分别为0.5cm2和2cm2,若弹簧测力计量程为10N,实验时应选用▲(选填“甲”或“乙”)注射器,理由是▲。
例题2:
(2011山东济宁)小明在学习液体压强时,用压强计做了如图7所示的实验,获得的数据如下表。
据表中信息判断小明研究的问题是
A.液体向各个方向压强的大小关系
B.液体压强与液体深度的关系
C.液体压强与液体密度的关系
D.液体压强与气压的关系
例题如图5所示,底面积相同的甲、乙两容器,装有质量相同的不同液体,则它们对容器底部压强的大小关系正确的是()
A.P甲>P乙
B.P甲<P乙
C.P甲=P乙
D.条件不足,无法判断
例题4:
把一根长约10cm左右的饮料吸管A插在盛水的杯子中,另一根吸管B的管口贴靠在A管的上端,往B管中轻轻吹气,会看到A管中液面____________,这是因为A管上方空气流速增大,使压强___________而造成的结果。
1.下列各种现象与其涉及物理知识之间的关系中,错误的是( )
A.高原反应--大气压和海拔高度的关系
B.飞机飞行时获得升力--流体压强和流速的关系
C.水下潜水艇能够上浮--液体的压强和深度的关系
D.利用高压锅容易将饭煮熟--沸点和气体压强的关系
2.如图所示,圆柱形容器甲和乙放在水平桌面上,它们的底面积分别为200cm2和100cm2。
容器甲中盛有0.2m高的水,容器乙中盛有0.3m高的酒精。
若从两容器中分别抽出质量均为m的水和酒精后,剩余水对容器甲底部的压强为p水,剩余酒精对容器乙底部的压强为p酒精。
当质量m的范围为时,才能满足p水>p酒精。
(ρ酒精=0.8×
103kg/m3)
3.(2012•广东梅州)你是否有过这样的经历:
撑一把雨伞行走在雨中,如图所示,一阵大风吹来,竖直方向伞面可能被“吸”,发生形变。
下列有关这一现象及其解释,正确的是()
A.伞面被向下“吸”B.伞上方的空气流速大于下方
C.伞上方的空气流速等于下方D.伞上方的空气流速小于下方
4.2011年8月我国自主研制的深海探测器——“蛟龙号”(如图7所示)在太平洋海域成功完成5000m深海探测。
2012年6月它将再赴马里亚纳海沟挑战7000m深海探测(不考虑海水密度变化,密度ρ取1.0×103kg/m3,g取10N/kg)。
(1)若“蛟龙号”能承受的最大压强是7.2×107Pa,则它能下潜的最大深度是多少?
(不考虑大气压)
(2)“蛟龙号”上一面积为50cm2的观测窗口:
在上述两种深度的探测中承受的压力增加了多少?
(3)“蛟龙号”完成任务后.漂浮在海面上,由起重装置将其匀速竖直吊离水面,起重装置起吊拉力的功率随时间变化的图象如图8所示,图中P2=2P1。
起吊过程中“蛟龙号”总质量为22吨,求t1时刻“蛟龙号”的排水体积(不考虑水的阻力)。
5.(2012•天津市)高压锅是生活中一种密闭的加热容器.锅盖中央有一出气孔,孔上盖有限压阀,当锅内气压达到限定值时,限压阀被锅内顶起放出部分气体,实现了对锅内气体压强的控制.如图所示,某高压锅锅体的内底面积为S,侧壁竖直,出气孔横截面积为S0,限压阀质量为m0,限压锅顶部面积为St(已知大气压强p0)
(1)写出液体沸点与气压的关系;
(2)求使用高压锅时锅内气体的最大压强;(3)为保证使用安全,不可随意增加限压锅质量.如果限压阀的质量增加m,请计算锅体与锅盖咬合处锅体对锅盖的最大作用力增大多少。
1、图1是家用煤气灶灶头的示意图使用时打开煤气阀门,拧动点火装置,煤气和空气在进口处混合流向燃烧头被点燃,而煤气不会从进口处向空气中泄漏,其原因是()
A.进口处煤气流速小,压强大于大气压强
B.进口处煤气流速小,压强小于大气压强
C.进口处煤气流速大,压强大于大气压强
D.进口处煤气流速大,压强小于大气压强
2、在五一游艺晚会上,陈思同学演示了如图示的实验,排在一条线上的三个碗,中间碗内放一个乒乓球,当用小管向球斜上方吹气,乒乓球将()
A.仍静止B.运动到左碗C.运动到右碗D.无法确定
3、高压锅问题:
原理:
利用增大气压,提高沸点,从而使食物的温度升高
涉及到的相关物理知识:
压强,二力平衡
低压锅问题,类似高压锅
4、输液问题:
瓶内上方大气压强:
P血=P液管+P白
如下图所示,药品插口有两根管子,其中B管是保持瓶内和瓶外相通,瓶上方的压强为,从而使药液在力的作用下从A管中向下流出;针头的表面做的非常光滑,这是为了
,以减轻病人痛苦;若要提高输液速度,除了调节器调节外,还有一个简便的方法就是,其中的道理是。
答案:
1.01×105Pa重扎针时减小摩擦通过B管向里面增加气体使瓶里面的气体压强变大,对药液的压力变大
5、安全阀问题:
G*OB=F*OAmg*OB=PS*OA
5、测得一个24厘米高压锅的限压阀的质量为0.1千克,排气孔的内径为3毫米。
如果用它煮水消毒,根据下面水的沸点与压强关系的表格,这个高压锅内的最高温度大约是多少?
T/℃
90
95
100
105
110
112
114
116
118
120
122
124
126
128
130
p/千帕
70
84
101
121
143
154
163
175
187
199
211
226
239
258
270
将医用注射器的活塞推至底端,再用橡皮帽把小管口堵住,这是人们需要60.3N的拉力才能将注射器的活塞从注射器中拉出。
若活塞的横截面积是6.5cm2,则此时的大气压强约为多大?
F拉=F大气
P大气=F大气/S=F拉/S
=60.3N/(6.5×10-4m2)
=9.28×104Pa
在航海中有规定,两并排行驶的轮船不能靠得太近,否则会发生海难事故,为什么?
南京地铁站台便有黄色的警戒线,铁路旁边也是如此,为什么要设这条警戒线?
答:
因为流体的流速越大压强越小。
两并排行驶的两条轮船内侧水流速度大于外侧水流速度,压强差会将两条轮船压向一起,造成相撞的海难事故。
地铁站台边的黄色警戒线也是因为地铁开来时,周围的气体流速增大,压强减小,人背后的压强较大,会将人压向地铁,造成伤亡事故。
多选题
9.关于图7所示的各种情景,下列说法中正确的是
A.甲图中:
射击运动员在比赛中经常戴耳罩,这样可以在声源处减弱噪音
B.乙图中:
在托里拆利实验的玻璃管倾斜放置时,玻璃管内的水银柱会变长
C.丙图中:
高压锅可以增大锅内液面上方气体的压强,使锅内液体的沸点降低
D.丁图中:
船闸把河流的上游和闸室、闸室和下游分成两个独立工作的连通器
实验题
11.图20是小明自制的“蜡烛抽水机”的实验装置。
他将一支塑料管弯成“∩”型,一端插入硬纸片另一端插入右杯水中,点燃蜡烛一段时间后,用硬纸片盖住左杯口且纸片与杯口密封(涂有凡士林),过一会,左杯内气体压强将(选填“增大”或“减小”),右杯中水在的作用下流入左杯。
(2分)
12.如图19甲所示是用液体压强计测液体压强的实验,小华认为图19甲中使用的压强计不能直观比较液体中某两个液
面的压强,为了同时观察、比较液体中某两个液面的压强大小,小华自己设计了一个实验装置,装置如图19乙所示,玻璃容器A的上、下表面分别用橡皮膜C和D封住,玻璃管B与玻璃容器A连通,B的上端配有一个密封小塞子E。
小华做实验前用塞子E塞住B的上端,当把装置至于水面下某一深度时,橡皮膜D向上突起,橡皮膜C也向上突起,如图19丙所示,请你简要分析出现橡皮膜C向液体一面凸起的这种现象的原因,并简述在不增加器材的情况下,如何简单改进此装置,就可以同时观察液体中某两个液面的压强大小了。
13.小明在研究“压强与压力的关系”时,记录的实验数据如下表所示。
请你对表格中的数据进行分析,归纳出压强与压力之间的关系式:
。
F/N
10
20
30
40
50
60
S/m2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
P/Pa
50
100
150
200
250
300
或
16.(2分)当物体对水平面压力一定时,物体对水平面的压强随受力面积变化规律的图像如右上图所示,根据图像得出,压强随受力面积变化的表达式:
。
33.小明在研究“压强与压力的关系”时,记录的实验数据如下表所示。
请你对表格中的数据进行分析,归纳出压强与压力之间的关系:
。
(2分)
F/N
10
20
30
40
50
60
S/m2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
0.2
P/Pa
50
100
150
200
250
300
17.小明认为用吸管喝饮料时,饮料是被吸上来的,而不
是被压上来的。
请你利用图20所给器材设计一个实验证明他的观点是不对的。
18.小王同学用大号注射器、钩码和绳子做实验。
如图23所示,他先把注射器的活塞推至顶端,把管内空气排出,用橡皮帽把它的小孔堵住,然后在活塞下端悬挂钩码,发现钩码并没有把活塞拉下来,小王对这一现象的解释是:
钩码没有把注射器的活塞拉下来是是由于活塞与注射器筒壁之间的摩擦力,与大气压无关。
请你利用上述器材,设计一个实验证明该同学的解释是错误的,写出实验步骤和实验现象。
20.小路用漏斗和乒乓球做“气体压强与流速的关系”实验,如图21所示。
当他用力向上吹气,乒乓球没有被吹起,还是紧贴在漏斗出口。
小路分析:
由于气体流速大压强小,所以乒乓球上面的压强大于下面的压强,乒乓球没动。
小红不同意他的观点,她认为乒乓球没有被吹起是因为乒乓球的重力竖直向下。
请你利用上述器材设计一个实验证明小红的观点是错误的。
写出实验步骤和实验现象。
21.为了探究影响液体压强大小的因素,小明采用了图20所示的实验装置。
其中微小压强计可以反映液体内部压强大小的变化。
图18
小明将微小压强计的探头放在烧杯内固定,不断向烧杯中注入水,微小压强计U形管两侧液面高度差增大,表明水内部压强随深度增加而增大。
小华却认为:
微小压强计U形管两侧液面高度差增大,是水的重力增加导致的,所以水的重力大小不同,水内部压强大小就不同。
请你利用上述器材或再补充必要的辅助器材,设计一个实验证明小华的解释是错误的。
请你写出实验步骤和实验现象。
22.在学习了液体压强的知识后,小红想用压强计区别不同密度的液体。
如图21所示,实验桌上有两只长水筒,其中一个盛有纯净水,另一个盛有盐水,已知盐水的密度大于纯净水的密度。
小红将压强计的金属盒(探头)先后浸没到甲、乙两种液体中,分别记下压强计U形管两侧的液柱高度差h甲和h乙。
她发现h甲大于h乙,于是认为甲水筒中盛的是盐水。
小刚指出小红的实验结果是不准确的。
请你利用上述实验器材设计一个实验,能够正确的判断出盐水和纯净水。
写出简要的实验步骤和判断方法。
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