初中物理竞赛讲座9压强 液体的压强 大气压强.pdf
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1、簟 九讲压强液体的压 强 大气 压銎 吴俊李根发【考点导析】1 理解压力(1)压力 的产生及压力存 在的判断:压力产 生 的条件是 两个物体 互 相接 触并 互相 挤压 这 也是判断压力 是否存 在 的依 据,如 果两 个物体 只是互 相 接 触,而没 有 互相 挤 压,则它 们 之 间 不存 在压力 (2)压 力 的 方 向:总 是 垂 直 于 物体 的接 触 面,指 向受 压力 作用 的物体 (3)压力和重力 的关 系:压力 和重力是两种 完全 不 同 的力 压 力 并 不都 是 由重力 产 生 的,压力 的大小不一定 等 于物 体 的重力,方 向也 不 一定 与重力方 向相 同 只是在
2、某种 特定 的情 况 下,如 物 体静 止 在 水平 面上,水 平 面受 到 的 压 力大小 与物体的重力相等,二者方 向相 同 2 理 解 压 强(1)压 强不是压力 压强是用来表示 压力 作 用效果的,这个作 用效 果 由压力 大小 和受 力 面 积大小两个 因素来共 同决定,单 位 面积上 受 到 的压力大,压力 的作用 就集 中,效 果强,我 们就 说压强 大,反之,压力 作 用 就 分 散,效 果 弱,压 强小 (2)压强 的计 算公 式 P=F S是 一个 通用 公式,可以用 来计算 固体、液体和气体 的压强 (3)由公式 P=F S可知,改 变压强的方法 有:增大 F,减小 5,
3、可增 大 P;减小 F,增大 5,可减小 P 并可 由此 来解 释 一些 与 压强有 关 的 生产、生活 中的实际问题 3 研究 液体 压强的特点、理解其计算公式(1)液体 压强 的特点 是用 压 强计 研究 液 体 压强后 得 到 的 注 意研 究 的 方法:保 持 同一 种 液体、同一深度 不 变,改变 方 向,比较液体 向各 个方 向 的压 强;保 持 同一 种 液体 不 变,改 变 深 度,比较 各个 深 度 的液 体压 强;保 持 同一 深度 不 变,改 变 液体 密 度,比较 不 同密 度 的 液体 压 强;最后 归纳 出结 论 这 种研 究 受 多个 因素 影 响的事物 与 各
4、个 因 素的 关 系 的 方法,叫“控 制 变量法”,是物理学研究 问题 的一种 基本方法 (2)液体压 强计 算公式 P=p g h说 明,液体 的压强仅 与 液体 的密 度 和 深度 这 两 个 因素有 关,跟液 体 的 体 积、质 量、重 力 以及 容 器 的 形 状、液体 内所取 面积 的 大小 等 因素无 关 因而 容器底部受 到 的 压力 F=p S=p g h S不 一定 等 于容 器 内液体 的重力 公式 P=mh中的深度 是指从 液面到所 研 究的那 点的垂直距 离,而 不是 从该 点 到容器 底 或 到封 闭的容器上盖 面的距 离 4 大气压 强与液 体压强 的异 同 相
5、同点:都 是 由于受 重 力 的作 用 而 产 生 空气和液体都具 有 流动性,因而其 内部 向各个 方 向都有压 强 不 同点:大气层 不 同高度 处 空 气的密 度不 同,因此 不能用 液 体 压强 公式 P=p g h来计 算 大气压强 5 马德堡半球实验原 理 大气 中各处 都有 大气 压,且相 邻 各处 大气 压相 等,互 相平 衡 如果 排 除一 部 分 空 间 的空 气,使 这 一 部 分 空 间 的 大 气 压 作 用 失 去 或 减 小,则 其 余 空 间的 大气 压 就 可显 示 出来 马 德 堡半球 实验,以及 课本 上 图 1 1 3、图 1 14实 验都是 根据这个原
6、 理 来显 示大 气 的存在 的 这 个原理不 可用来解释一些有关 大气压 的现象 6 托里拆利 实验原理 大 气压 强支持 着倒 立 的、上 端 封闭 下端 开 口的玻璃 管内一 定 高度 的水 银柱,大气压 强 就 等于这个 高度 的水银产 生的压强 P=p,f l g h=1 O1 1 0 5 P a测量大气 压强 的任 务就转 化成 计 算一定高度 的水 银 柱 产 生 的压 强,这 种“等量 25 初中物理辅导网h t t p:/w w w.w u l i f u d a o.c n/京翰教育中心h t t p:/w w w.z g j h j y.c o m/竞 赛直通 车 替换”
7、的方法是物理实验常用的方法 注意:(1)水银 柱 的高 度 h和水 银 柱 的 长 度 z 是 有区别 的,只 有在玻 璃管 竖直 放置 时,h =;当玻 璃管倾 斜放置 时,h,但 这时仍有 h =7 6 0 m m(2)玻 璃 管 内水 银 柱 上方 漏 进 空气 时,管外 大气压能支持的水银柱高度降低,测 出的大气压偏 小 (3)从 P=可知,当 lD一 定时,h不因玻 璃管 口径 的大小、水银 槽 内水银 面的高度而变化 7 大气 压随高度 的变化 离地 面越 高,大 气 压 强 越 小 一 定 的 高度 总和一 定 的大 气压 强值 相对 应 因此,只要 测 出某 处 大气 压 强值
8、,就 可查 出该处 高度 这 也 是高度计的原理 8 大气压对沸点 的影 响及应 用 一切液体 的沸 点,都 是 气 压 减 小 时 降 低,气压增 大时升 高 所 以,生 产上、生活 中可以通 过改变 液面上 的气压来调控液 体的最 高温度 【赛题选讲】示,指 示,两手指用力抵住铅 f 一 笔,使 它 保 持 静 止,下 图9-列说法 中正确 的是()A 两手指受 到的压 力相 同,左边 手指受 到 的压 强较大 B 两手指受到 的压强 相 同,左 边 手指 受到 的压 力较大 C 两手指受到 的压力 相 同,右 边手 指受 到 的压 强较大 D 两手 指受到 的压强相 同,右边 手指受 到
9、 的压 力较大 思路点拨 因铅笔 保持 静止,所 以水平 合 力为 0,即两 手指受到的压 力相 同,但 右边手 指 接触面积小,压强较大 解选项 C正确 拓 展 如 图 9 2 所 示 的 四种 动 物器官 中,具 有 增 大 压 强 功 能 的 是(答案:B)例3 圆柱 体 狗 头 A 啄 木 鸟 B 鸭足 C 图 92 牛 蹄 D 、高度 相等,底 面积之 比为 4:1,把它们竖 直 放在水平地 面上,它 们对 地 的压强 之 比为 1:2,若把圆柱体 叠放在 圆柱体 上 时,圆柱体 对地的压强增 大为原来 的()A 2倍 B 3倍 C 4倍D 6倍 思路 点拨 单独 竖 直放 在 水
10、平 地 面 上 对地的压强 p z=两物竖直放在水平 地面上时压强 之 比 P l:=,得 到:=2:1,把 圆柱体 叠放在 圆柱体 B上时,B对地 的 压 强 p:=壹 ,解 得 鲁=3:1 解选项 B正确 例 3 有一 质量 为 m,半径 为 r,体积 为 l,的半 球 放 在 盛 有密 度 为 p 的 液 体 的容 器 底 部(如 图 9 3),它 与容 器底 部 紧密接 触(即 半球 表 面 与容 器 底 面 间 无液 体)若液体 深度为 日,问 半球对容 器底 部 压力 是 多 大?思路点拨 由题 中“它 与容 器底 部 紧密接 触”知半球 未 受 到 液 体 浮 力 所 以此 时半
11、 球 对 底部 的压 力 大小 等 于半球 的重 力 G与液体 对 半球 向下的压力之 和,但 要直 接求 出液体对 半 球 的压 力,显 然 知识 超 出 了 中学 范 围 所 以我 们采用假设 法,假 设 半球底 部 与容 器底部 没有 初中物理辅导网h t t p:/w w w.w u l i f u d a o.c n/京翰教育中心h t t p:/w w w.z g j h j y.c o m/紧密接 触,半 球所 受 水 对它 的浮力 F 浑=p g V,而浮力 产 生 的 原 因 是 上 下 压 力 差,即 F 浮=F 向 上一F 向 下,浮力大小根据 阿基 米德定 律,液 体对
12、半球 向上 的 压力 为 F 向 上=p S=p g H r ,从而求 出液体对半球 向下 的压力 解 F浮=F 向 上一F 向 下 即 p g V=p g Hr e r 一F 向下 所 以 F向 下:F 向下:P g(7 c r 一 V)故在图 93中半球 对容 器 的压力 为 F=F向下+r a g P g(7 c r 一 V)+r a g 例 4如图 94所示 的 容 器 中盛 有 一定 质 量 的水,若 将 它倒 置,则水 对 容器 底 部 的压力 和压强变化情 况是()A 压力减 小,压强增 大 B 压力增大,压强减小 C 压 力和压强都增大 D压力 和压强都减小 思路点 拨 由容器
13、 的形 状 知 水 对 底 面 的 压 力小 于水 的重 力,将 容器 倒 置 后,水 对 容器 底面的压力增 大,同时 水面 降低,故 由 P=知水对底 面的压强减少 解选项 B正确 拓展一容器 的底 面积 为 5 0 0厘 米,倒入 1 5 0牛 的水 后,水位深 2 0厘 米 求(1)容器 底 面 受到 的压力 和压 强;(2)想一 想,该容 器 大致 是 什 么形状 的?理 由是什么?例 5 在 水 平 的 桌 面上 置 有一 长 方形 容 器,容器 的底 面 是边 长 为。的正方 形,容 器 高 为 b 当此容器 注满水时,容器 的一个 侧壁所受 的水产生 的压 力 与底 面 所 受
14、 的水 产 生 的压力 大小相等,则。:b=?思路点拨 由液 体压强 公式 P=可知 水在不 同深度产 生 的压 强不 等,即侧 壁上 不 同 深度处受到水 的压强 是 不 同的,但 压强 随着深 度均匀增加,故 可取这 一深 度 的 中点 处 水产生 的压 强为侧壁受 到的平 均压 强,而压 力 为压强 与受力面积 的乘积 解容 器 的侧 壁 所 受 的 水 产 生 的压 力 为 F 侧=_ 5 侧=吉 P g 6=吉 P g 容器底 面 所 受 的水 产 生 的 压 力 为 F底=p底 5底=p gb 0 据题意 F侧=F 底,联立求解得 0:b=1:2 例 6 如 图 9 5所示,杯 中
15、盛 有 密度为|0的均 匀 的 混 合 液 体,经 过 一 段 时 间变 为密 度 分 别 是 l0 1 和 l0 2(10 1 S 1,所 以(1 0 2 一l0)h 2=(P-P 1)h i 且 口l0(h 1+h 2)l0 1 h 1+l 0 2 h 2,l 0 1 g l +1 0 2 2,故杯底所 受压强变大 例 7两端 开 口的细 弯 管 中 充满 了水,两端 分 别 插 入 两水槽 中 细 弯管 的顶 部 装有阀 门 K,原来 K是 闭合 的,如 图 96所 示 打 开 阀 门 后,细管 顶部 的水流 动 情 况 是()A 向左流 B 向右流 C 不流动 D 无法判 断 思路点
16、拨题 中的细弯 管称 为虹 吸管 在 最高点设有-1,液片作为研究对象,小液片受 2 7 霉 维普资讯 http:/ 初中物理辅导网h t t p:/w w w.w u l i f u d a o.c n/京翰教育中心h t t p:/w w w.z g j h j y.c o m/竞 赛直通 车 到向右 和 向左 的 压 强,由公 式 P=P 0一 (h 为最 高点到液面 的距 离)知 向右 的压 强大 于 向 左 的 压强,由于存 在 压 强差,水 向压 强 小 的方 向流动 解选项 B正确 拓展若 两 容器 中装 有不 同的液 体,试分 析 打开 阀门后液体 的流动情况 例 8十 七世
17、纪 四十年 代,意 大利 的科学 家托里拆利首先 测 出 了大气 压 的值 在标 准状 况 下其值 为多 少 帕?相 当 于多 少 厘 米 水银 柱 产生的压强 某 同学也 用一 根大 约 1米长 的两 端 开 口的细玻 璃 管 做类 似托 里 拆 利 测 大 气压 值的实验 他先在玻璃管的一端蒙上一块薄橡 皮膜,使薄橡皮膜很平地将管的一端封闭,然 后 在玻璃管 内注 满水,用 手将 管 口堵 住倒 过来 插 入水槽 中,放开 手后,管 内仍 充满 水,则 橡皮 膜的形状是()A 向上凸起 B 向下凹降 c 仍是平 的 D 无法判定 思路点拨此时橡皮膜 内侧受 到水对它 向上的压强,大小 为
18、1 个 大 气压 减去 高 出水 面 的水柱所产生 的压强,而橡皮 膜 上侧受 到 大气 对它 向下 的压强,大小为 1 个大气压 解1 0 1 1 0 5 P a;7 6 e m水银柱;选项 B正 确 拓展城 市 燃 气 供 应 行 业 常用 毫 米 汞柱 作 为燃气 的压强单 位 J MB一3型煤气表铭 牌 如 下表所示(铭 牌 中“压 力”指 的是 压强)从 表 中 可以看 出,当煤 气 的 压 强 在 多 少 帕 斯 卡 之 间 时,这 种 煤 气 表 可 以 正 常 工 作 (汞 的 密 度 为 1 3 61 0 3千克 米0)J MB一3型煤 气表额 定流量 2 5米。时 使 用压
19、 力 5 03 0 0毫 米 汞 柱 回转数 4 1 7转 分使 用介质城 市煤气 出厂 日期 1 9 9 3 4中州煤 气表 厂 例 9吸盘式 起重机,起重 2 0 21 0 4 千 克 货物,在 大气压等于 1 标准大气压 的情 况下,吸 盘中抽 成 真 空,那 么 吸 盘 的 面积 至 少 为 多少 米 思路 点拨货 物受 到 竖直 向下重 力 G和 28 向上 的大气压 力 F,起重机欲提起 货物,两 力至 少相等 解:F:G:p S,S:=r a g:p m 2=2 0m 2 【题型及解法归类】本章 考查 的高频 题 主要为:压强公 式 的 理解、应 用 并解 释实 际 问题;运 用
20、控 制 变 量 法分析 比较切 割体、组 合体、倒置 体、倾 斜体 等 类 型 中的压强,特别 是“受 力面 积”和液体 重 力 与压力 的 区别;比值类 问题;综 合 分 析 固 液组合、气液组合 体产 生 的压强,正确 理解“深 度”;开放性实 验和解释实际 问题 处理 固体压 强关 键 是弄清 压 力,一般 是 先 求压力 F,后求压强 处理液体压 强关 键 是弄清 压 强,一 般先 求 压 强 P=,后求压 力 F=p s 对 中问题 一般 采用 控制 变量 法,抓 住 不 变 因素 归纳 分 析,同时 灵活 应 用 图形法、公 式 法、替 代 法 等 对 中问题 要 善 用 力 的平
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