2023年初三物理中考专题复习七:压强上海科技版知识精讲1.pdf
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1、学习必备 欢迎下载 初三物理中考专题复习七:压强上海科技版【本讲教育信息】一.教学内容:中考专题复习七:压强 基本要求:1.通过对具体知识点的复习,唤起同学们对所学的压强知识的回忆。2.通过教师的总结与复习,使同学们对所学的压强知识形成体系。3.通过具体的例题讲评,提高同学们利用压强知识来解决实际问题的能力。重点内容:知识体系的形成、应用能力的提高。难点内容:灵活应用压强的知识来解决生活中常见的问题。知识结构:压强:一.压强:1.压力 在物理学中,把垂直作用在物体表面的力叫做压力。从定义可知压力的方向总是垂直于被压物体的表面;压力的作用点在被压物体的表面上;压力的大小这个要素上则比较复杂,如果
2、一个物体放在水平桌面(或水平地面)上时,这时物体受到的压力就等于物体的重力。压力绝不等同于重力,这只是从大小方面而言的,(如图 1 所示)。如图 2 所示,把一个物体学习必备 欢迎下载 放在斜面上,这时物体对斜面的压力的大小与物体的重力有关,但不是相等的关系。如果把一个物体水平压在一个竖直的墙壁上,这时物体对墙壁的压力的大小就是水平的推力,而与物体的重力无关。明确了压力与重力的大小关系,对于我们来解决压强问题是非常重要的。2.压强 两个总质量相等的同学站在雪地上,一个同学穿普通的鞋,另一个同学则穿的是滑雪板,这时我们发现,穿滑雪板的同学几乎没有陷进雪地里,而穿普通鞋的同学则陷入雪里很深。由于两
3、个同学的总质量几乎相等,所以他们的总重力也就相等,又由于他们站在水平的雪地上,压力就等于重力,所以他们对雪地的压力是相等的,而这两个压力对雪地的作用效果却不相同。(这里所说的压力的作用效果就是指同学在雪地上陷入的深度,陷得越深,压力作用效果越明显,陷得越浅压力的作用效果越不明显)那么压力的作用效果与哪些因素有关呢?在雪地里的陷入程度表明了压力的作用效果,那么哪些因素可以影响到在雪地里的陷入程度呢?很显然,一个是压力的大小,另一个是受力面积的大小。那么二者是如何影响压力的作用效果的呢?我们是通过实验来研究的。首先照下图那样来做一个实验,一个木块放在一块大海绵上,然后再照右边的图示那样,在木块上放
4、一个砝码,观察木块的陷入程度。实验发现同样是木块,由于第二个实验中木块对海绵的压力变大,所以我们发现压力作用的效果跟压力的大小有关。这种关系就是在受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显。同样再照下图那样,在木块上钉四个钉子,使它成为一个小桌子。然后如图所示放置,观察小桌陷入海绵的深度。由实验我们可以总结得出:压力作用的效果还跟受力面积的大小有关。具体的说就是:在压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。如果有两个受力面,它们的受力面积分别为 1 米2和 4 米2,而压力分别是 1104N和 2104N,这两个力中哪个力的作用效果更加明显?从我们上面做的实验所得到的结论,很显然不能
5、解决这个问题了,那么怎么办呢?为了比较压力作用的效果,物理学中引入压强这一物理量。要比较压力作用的效果,应取相同受力面积上受到的压力,物理学中把单位面积上受到的压力叫做压强。这里所讲的单位面积也就是 1 米2。那么在上面提出的问题中,第一个受力面在 1 米2的受力面积上所受到的压力就是 1104N,而第二个受力面在 4 米2的受力面积形成体系通过具体的例题讲评提高同学们利用压强知识来解决实际问题表面的力叫做压力从定义可知压力的方向总是垂直于被压物体的表面压等同于重力这只是从大小方面而言的如图所示如图所示把一个物体学习学习必备 欢迎下载 上受到的压力是 2104N,所以 1 米2的受力面积上受到
6、的压力是 5000N。这样我们就可以比较二者对受力面的作用效果了,当然是第一个压力对受力面的作用效果明显,也就是说第一个压强大一些。通过上面的计算我们会发现:压强等于压力除以受力面积。也就是 物理上用 p 表示压强,用 F表示压力,用 S 表示受力面积。在国际单位制中,力的单位是“牛顿”,面积的单位是“米2”,压强的单位是“牛米2”。该单位读作“牛顿每平方米”,它有一个专门名称叫做帕斯卡,简称帕,用字母“Pa”来表示。帕斯卡是法国科学家,为了纪念他在物理学研究方面做出的贡献,以他的名字作为压强单位的名称。1 帕=1 牛米2,表示“每平方米面积上受到的压力是 1 牛顿”。1 Pa 的压强很小,相
7、当于把 3 粒芝麻压成粉,均匀地分布在 1cm2的面积上产生的压强。3.增大和减小压强的途径与方法 任何物体能够承受的压强都有一定的限度,超过这个限度物体将会被压坏。要增大压强,一方面可以增大压力,另一方面可以减小受力面积。要减小压强,一方面可以减小压力,另一方面可以增大受力面积。二.液体压强:1.液体内部压强的特点 通过实验我们发现:液体对容器的底和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强;液体压强随深度的增加而增大;在同一深度处,液体向各个方向的压强都相等;在同一深度处,液体压强还与液体的密度有关系,密度越大,压强也就越大。通过这个结论我们发现液体压强的大小只与液体的密度和深度有关。那究竟
8、有什么关系呢?2.液体压强的计算 既然液体内,在同一深度处向各个方向的压强相等,我们只要计算出向下这个方向的压强,这一深度向各个方向的压强都知道了。例如:计算水面下 20 厘米深处的压强。可以设想在 20 厘米深处有个正方形水平面,边长是 1 厘米,这个面上方的水柱压着它,正方形水平面受到的压强就等于上方液柱对它的压强。这样我们就可以在头脑中将这个水柱从水中提出来放在水平桌面上,这样这根水柱对水平桌面的压强就是水面以下 20cm处的压强:(1)求水柱体积 V=Sh,形成体系通过具体的例题讲评提高同学们利用压强知识来解决实际问题表面的力叫做压力从定义可知压力的方向总是垂直于被压物体的表面压等同于
9、重力这只是从大小方面而言的如图所示如图所示把一个物体学习学习必备 欢迎下载 (2)求水柱质量 m=V=Sh,(3)求水柱对底面的压力 F=G=mg=gSh,液体压强的公式 p=gh。因此,在计算液体压强时,可以根据以上四个步骤进行,也可以利用公式计算。希望同学们认真理解计算的步骤,切不要死记硬背公式。该公式的物理含义:(1)对同种液体,p 与深度 h 成正比,h 增大,p 增大。(2)对不同液体,深度一定时,p 与液体密度成正比,大的 p 大。(3)公式中不包含面积 S,所以压强 p 的大小跟所取的受力面积大小没有关系。另外,利用公式计算液体压强时,一定要统一单位,即用千克米3,h 用米,g
10、的单位是牛千克,计算出的压强单位是帕斯卡。同时要理解公式中的 h 是深度,即液体内某处到液面的距离,而不是该处到底部的距离。由公式 p=hg,液体压强的确只跟液体的密度和深度有关系,这与我们在前面所得到的结论是一样的。3.连通器原理及其应用 上端开口,下部连通的容器我们就叫做连通器。在日常生活中有很多的连通器。如图所示的装置,不断的移动右管的位置,这时我们发现,两个容器中的水面是相平的。实验结果就是:连通器里装同种液体且在液体不流动时,各容器中的液面总保持相平。连通器在生活和生产中有着重要的应用。如锅炉水位计和乳牛自动喂水器。4.帕斯卡原理及其应用 加在密闭液体上的压强,能够按照原来的大小由液
11、体向各个方向传递。这条规律叫做帕斯卡原理。帕斯卡原理是许多液压系统和液压机工作的基础。液压机是由两个大小不同的液缸组成的,在液缸里充满水或油。充水的叫“水压机”;充油的称“油压机”。两个液缸里各有一个可以滑动的活塞,如果在小活塞上加一定值的压力,根据帕斯卡定律,小活塞将这一压力通过液体的压强传递给大活塞,将大活塞顶上去。设小活塞的横截面积是 S1,加在小活塞上的向下的压力是 F1。于是,小活塞对液体的压强为11SFP。根据帕斯卡定律:“加在密闭容器内液体上的压强能够大小不变地被液体向各个方向传递”。大活塞所受到的压强必然也等于 P。若大活塞的横截面积是 S2,压强 P 在大活塞上所产生的向上的
12、压力22PSF。如把11SFP 代入2F中,得2112SSFF,或写成1212SSFF。式中的左边12FF表示大活塞上的压力是小活塞上压力的倍数,右边的12SS表示大活塞的横截面积是小活塞横截面积的倍数。从上式知,在小活塞上加一较小的力,则在大活塞上会得到很大的力,为此用液压机来压制胶合板、榨油、提取重物、锻压钢材等。形成体系通过具体的例题讲评提高同学们利用压强知识来解决实际问题表面的力叫做压力从定义可知压力的方向总是垂直于被压物体的表面压等同于重力这只是从大小方面而言的如图所示如图所示把一个物体学习学习必备 欢迎下载 三.大气压强:1.大气压强的存在 我们生活在地球上,它的周周被空气层包围。
13、这个空气层由对流层、臭氧层、平流层、中间层、热层和外逸层组成,它的厚度大约有几百千米,主要由氮气和氧气组成。其中的大部分气体分布在距离地球表面几十千米厚度的范围之内。包围地球的空气层我们称之为大气层,我们生活在大气层的底层。液体由于具有重力和流动性,所以在液体的内部有压强,而且液体内部向各个方向都有压强。同样我们所生活的大气层的空气也具有重力和流动性。所以在大气层内部也会存在压强。很多的实验都证明了大气压强的存在,如小皮碗的实验、覆杯实验、广口瓶吞蛋、铁皮箱实验等等。当然第一个证明大气压强存在的实验是马德堡半球实验。两个金属半球,合拢后很容易拉开。把阀门打开,把两半球内的空气抽出去一部分,再将
14、阀门关闭,然后在其下面挂一个大大的砝码,也将其拉不开。它有力地证明了大气对浸在它里面的物体有压强。在公元 1654 年的最初实验时,用十六匹马才把半球拉开。我们这个实验由于半球小,真空度不高,拉开它不必用十六匹马,但是已经足以证明了大气中存在着压强。大气层对浸在它里面的物体的压强叫大气压强,简称大气压或气压。地球周周的万物无不在大气层之中,它们都受到大气压强。诸如马德堡半球拉不开,鸡蛋进入瓶内,铁箱变得塌陷等等都是大气压强的作用的结果。2.大气压强的大小 马德堡半球实验不但说明大气的确对在其中的物体有压强,而且说明这个压强也是非常之大。大气压强到底有多大?这个问题早在著名的马德堡半球实验之前就
15、由伽利略的学生托里拆利解决了。形成体系通过具体的例题讲评提高同学们利用压强知识来解决实际问题表面的力叫做压力从定义可知压力的方向总是垂直于被压物体的表面压等同于重力这只是从大小方面而言的如图所示如图所示把一个物体学习学习必备 欢迎下载 托里拆利实验。取一根大约一米长、一端封闭一端开口的玻璃管,灌满水银。管内没有空气。用食指堵在开口,倒立在水银槽内。我们先看到管内水银柱下降,继而又静止不动了。水银之所以下降,是因为水银具有重力,所以水银向下有压强。不再继续下降,则是因为大气压强等于水银柱的压强。所以要知道现在的大气压强,就需要计算这个水银柱产生的压强。玻璃管的上端是封闭的,而且管里水银柱液面的上
16、方没有空气,因此也就没有空气的压强作用在水银面上,而管外水银槽里水银面上却受到大气压的作用,作用在管外水银面上的大气压就支持着管里的水银柱,所以说这个水银柱产生的压强就等于大气压强。可以用液体压强的公式 p=gh 来计算它的压强,当然这个压强就是大气压强了。我们测出水银柱的高度为760mm高。p=gh=13.6 103kg/m39.8N/kg 0.76m=1.013 105Pa。可见,大气压强的值等于 1.013 105帕斯卡,即等于 760mm毫米水银柱产生的压强。(压强的单位多出了两个,一个是 mmHg,另一个是 cmHg,我们可以计算一下,1mmHg 约等于 133pa)大气压很大,为什
17、么我们却感受不到它的存在呢?我们计算过一个人的身上大约是1.01105牛顿。由于人身体内部与外部大气连通,身体内部也同样受到大气压的作用,因而压力也相等,二力平衡,所以人不会被压瘪。人们长期生活在大气里,对大气的这种作用已经适应,所以也没有什么异样感觉。我们计算一下一个标准大气压能支持多高的水柱:解答:另一种解法:形成体系通过具体的例题讲评提高同学们利用压强知识来解决实际问题表面的力叫做压力从定义可知压力的方向总是垂直于被压物体的表面压等同于重力这只是从大小方面而言的如图所示如图所示把一个物体学习学习必备 欢迎下载 原来由于大气压强太大了,我们计算出大气压强可以支持 10.3 米高的水柱,这样
18、要想用水柱来表征出大气压强,这个水管的长度至少要 10.3m。在托里拆利实验中,如果将玻璃管稍稍上提,观察水银柱的高度,结果是不变的。现在将玻璃倾斜,注意到,水银面上的真空体积有变化,管内水银柱的长度也有变化。当倾斜时,管内水银面上方的真空体积减小,水银柱变长,但是水银柱的高度是不变化的。3.大气压的测量 测定大气压的仪器叫气压计。(1)水银气压计。根据托里拆利实验的原理制成水银气压计。从理论上讲,只要在玻璃管旁立一个刻度尺即可。使刻度尺的 0 刻度线对准管外的水银面,只要读出水银柱的高,就可以直接得到大气压相当于多少毫米水银柱的压强。水银气压计测量结果准确,但是不便于携带,所以它适合放在室内
19、。(2)无液气压计。无液气压计也叫金属盒气压计。顾名思义,这种气压计中没有水银或其它液体。这是抽成真空的金属盒,盒的表面是波纹状的。大气压变化时,盒的厚度发生变化,通过固定在盒表面的连杆等传动机构带动指针发生转动,由指针所指的刻度读出大气压的值。(3)管式弹簧压强计。管式弹簧压强计中的空心弹簧管的一端与所测的气体连通;而另一端封闭,并连接杠杆、齿轮和指针等。当空心弹簧管内的压强增大时,管就趋向于伸直,也就是弯度变小,这种形状的变化,由杠杆和齿轮带动指针,指出所测气体的压强。这些工具不但可以测量大气压强,也可以用来测量汽车轮胎、飞机机舱及太空站内等的气压。4.大气压的变化 大气压与高度的关系:大
20、气压强随海拔高度的增加而减小。在海平面处的压强最大是760mmHg。这是因为越往高处空气柱越短,而且越往高处空气密度越小,这两个因素决定了越往高处相同受力面积上受到的压力越小,当然也就是大气压强随高度的增加而减小。在距地球较近的区域里,大约每升高 12 米大气压降低 1mmHg(133Pa)。测定了大气压强与海拔高度的关系,如果我们知道了海拔高度,就能知道这里的大气压强值的大小。如果我们知道了某处的大气压强值也就知道了这里的海拔高度了,正因为如此我们可以将气压计改装成高度计。同一地点,大气压也不是一成不变的,大气压还随时间而变。为了便于对比,人们通常把 760mmHg 的压强叫做标准大气压。用
21、 atm 来表示。1atm=1.013105Pa。5.大气压与沸点的关系:通过实验我们得到:一切液体的沸点都是气压减小时降低,气压增大时升高。这个结论在日常生活中有着重要的应用,如高压锅。在高山上用普通的锅来做饭不易熟,就是因为在高山上气压低,水的沸点也低。所以我们必须采用高压锅。高压锅就是利用了沸点与气压的关系,增大了气压,提高了沸点,以便于煮熟一些不易熟烂的食物。它的气压可达 1.3 个大气压,沸点温度可达 120 多摄氏度。形成体系通过具体的例题讲评提高同学们利用压强知识来解决实际问题表面的力叫做压力从定义可知压力的方向总是垂直于被压物体的表面压等同于重力这只是从大小方面而言的如图所示如
22、图所示把一个物体学习学习必备 欢迎下载 6.流体压强与流速的关系 液体和气体,它们一个共同的特点是:都具有流动性,统称为流体。通过实验我们发现流体在流速大的地方压强反而小。飞机的升力就利用了这个结论。飞机的机翼通常做成上面凸起,下面平直的形状。当飞机在机场跑道上滑行时,流过机翼上方的空气速度快,流过机翼下方的空气速度慢。机翼上下方所受的压力差形成向上的升力。当飞机的滑行速度达到一定值时,机翼所受到的升力超过飞机的自重时,飞机就起飞了。水翼船,它的下部也有类似于飞机机翼的水翼。船在高速行驶的时候,水翼会产生升力,使船体与水的接触面积减小,从而减少水对船体的阻力,进一步提高船速。在一些体育运动中也
23、常用到这个结论,如足球运动中的点球大战中所用的“香蕉球”,在乒乓球运动中的上旋球和下旋球等等。【典型例题】例 1.图钉尖端的面积是 0.3 毫米2,钉帽的面积是 1.5 厘米2。用 9 牛顿的力垂直于墙壁按这只图钉,试求:(1)钉帽受到的压力和压强?(2)墙壁受到的压力和压强?分析:当用力按图钉的帽,图钉将外力大小和方向不变地进行传递,钉帽的面积大,它对手产生的压强小,而钉尖的面积小,对墙壁产生的压强大。解:F1=F2=9 牛 答:钉帽和墙壁受到的压力都是 9 牛顿,钉帽受到的压强为 6104帕,墙壁受到的压强为 3107帕。说明:固体在处于平衡状态时,能够等值地传递外加压力,但压强的传递是非
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