专题三:压力与浮力
专题三:压力与浮力
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 压力并不都是由重力引起的,通常把物体放在桌面上时,如果物体不受其他力,则压力F = 物体的重力G
⑶ 固体可以大小方向不变地传递压力。
⑷重为G
G G F+G G –
2、研究影响压力作用效果因素的实验:
⑴课本甲、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。概括这两次实验结论是:压力的作用效果与压力和受力面积有关。本实验研究问题时,采用了控制变量法。和 对比法
3、压强:
⑴ 定义:物体单位面积上受到的压力叫压强。
⑵ 物理意义:压强是表示压力作用效果的物理量
22⑶ 公式 p=F/ S 其中各量的单位分别是:p :帕斯卡(Pa );F :牛顿(N )S :米(m )。
A 使用该公式计算压强时,关键是找出压力F (一般F=G=mg)和受力面积S (受力面积要注意两物体的接触部分)。
B 特例:对于放在桌子上的直柱体(如:圆柱体、正方体、长放体等)对桌面的压强p= ⑷ 压强单位Pa 的认识:一张报纸平放时对桌子的压力约0. 5Pa 。成人站立时对地面
4的压强约为:1. 5×10Pa 。它表示:人站立时,其脚下每平方米面积上,受到脚
4的压力为:1. 5×10N
⑸ 应用:当压力不变时,可通过增大受力面积的方法来减小压强如:铁路钢轨铺枕木、
坦克安装履带、书包带较宽等。也可通过减小受力面积的方法来增大压强如:缝一针做得很细、菜刀刀口很薄
4、一容器盛有液体放在水平桌面上,求压力压强问题:
处理时:把盛放液体的容器看成一个整体,先确定压力(水平面受的压力F=G容+G液),
后确定压强(一般常用公式 p= F/S )。
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。
2、测量:压强计 用途:测量液体内部的压强。
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:
⑴ 推导压强公式使用了建立理想模型法,前面引入光线的概念时,就知道了建立理想
模型法,这个方法今后还会用到,请认真体会。
⑵推导过程:(结合课本)
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
⑶液体压强公式p=ρgh 说明:
A 、公式适用的条件为:液体
B 、公式中物理量的单位为:p :Pa ;g :N/kg;h :m
C 、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,而与液体的质量、
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。
D 、液体压强与深度关系图象:
5、
F=G FG
6、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:压强:对直柱形容器可先求F 用p=F/S
压力:①作图法 ②对直柱形容器 F=G
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
⑶应用:茶壶、锅炉水位计、乳牛自动喂水器、船闸等都是根据连通器的原理来工作的。
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p 0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。
5(3)结论:大气压p 0=760mmHg=76cmHg=1.01×10Pa(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10.3 m
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H cmHg 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)。
E 标准大气压: 支持76cm 水银柱的大气压叫标准大气压。
51标准大气压=760mmHg=76cmHg=1.01×10
Pa
52标准大气压=2.02×10Pa ,可支持水柱高约20.6m
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100 Pa
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。
☆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
四、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、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。
(2)请根据示意图完成下空。
悬浮 上浮 漂浮
F 浮
= G F 浮 > G
F 浮 = G
ρ液ρ物 ρ液 >ρ物
(3)、说明:
① 密度均匀的物体悬浮(或漂浮)在某液体中,若把物体切成大小不等的两块,则大块、小块都悬浮(或漂浮)。
②一物体漂浮在密度为ρ的液体中,若露出体积为物体总体积的1/3,则物体密度为(2/3)ρ 分析:F 浮 = G 则:ρ液V 排g =ρ物Vg ρ物=( V排/V )·ρ液= 2 3ρ液
③ 悬浮与漂浮的比较 相同: F 浮 = G 不同:悬浮ρ液 =ρ物 ;V 排=V物
漂浮ρ液
④判断物体浮沉(状态)有两种方法:比较F 浮 与G 或比较ρ液与ρ物 。
⑤ 物体吊在测力计上,在空中重力为G, 浸在密度为ρ的液体中,示数为F 则物体密度为:ρ物= Gρ/ (G-F)
⑥冰或冰中含有木块、蜡块、等密度小于水的物体,冰化为水后液面不变,冰中含有铁块、石块等密大于水的物体,冰化为水后液面下降。
5、阿基米德原理:
(1)、内容:浸入液体里的物体受到向上的浮力,浮力的大小等于它排开的液体受到的重力。
(2)、公式表示:F 浮 = G排 =ρ液V 排g 从公式中可以看出:液体对物体的浮力与液体的密度和物体排开液体的体积有关,而与物体的质量、体积、重力、形状 、浸没的深度等均无关。
(3)、适用条件:液体(或气体)
6:漂浮问题“五规律”:(历年中考频率较高,)
规律一:物体漂浮在液体中,所受的浮力等于它受的重力;
规律二:同一物体在不同液体里,所受浮力相同;
规律三:同一物体在不同液体里漂浮,在密度大的液体里浸入的体积小;
规律四:漂浮物体浸入液体的体积是它总体积的几分之几,物体密度就是液体密度的几分之几;
规律五:将漂浮物体全部浸入液体里,需加的竖直向下的外力等于液体对物体增大的浮力。
7、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 由排水量m 可计算出:排开液体的体
m 积V 排= ;排开液体的重力G 排 = m g ;F 浮 = m g 轮船和货物共重G=m g 。 液
(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
8、浮力计算题方法总结:
(1)、确定研究对象,认准要研究的物体。
(2)、分析物体受力情况画出受力示意图,判断物体在液体中所处的状态(看是否静止或做匀速直线运动) 。
(3)、选择合适的方法列出等式(一般考虑平衡条件)。
计算浮力方法:
①称量法:F 浮= G-F(用弹簧测力计测浮力) 。
②压力差法:F 浮= F向上 - F 向下(用浮力产生的原因求浮力)
③漂浮、悬浮时,F 浮=G (二力平衡求浮力;)
④F 浮=G排 或F 浮=ρ液V 排g (阿基米德原理求浮力,知道物体排开液体的质
量或体积时常用)
⑤根据浮沉条件比较浮力(知道物体质量时常用)
一、选择题
1、小亮同学在研究液体内部压强的规律时,大胆探索,用甲、乙两种液体多次实验,根据实验数据画出了液体压强随深度变化的图像如右图所示,则甲、乙两种液体的密度关系是( )
A 、ρ甲
C 、ρ甲>ρ乙 D 、条件不足,无法判定
2、如图所示是几种不同渠道的截面图,其中最安全可靠的设计是( )
3、甲、乙两个实心正方体金属块,放在水平桌面上,它们对桌面的压强P 乙,压甲=P
力F 乙,则它们的密度ρ甲和ρ乙的大小关系是( ) 甲>F
A 、ρ甲ρ乙 D 、无法确定
4、甲、乙、丙三个实心立方体分别放在水平地面上,它们对水平地面的压强相等,已知ρ甲
A 、P 乙
P 甲
P 丙 D 、无法判断
5、有一均匀正方体对水平地面的压力是F ,压强是p ,如图所示,若切去阴影部分,则剩余部分对地面的压力和压强分别为( )
A 、F 、P B 、777733F 、P C 、F 、P D 、F 、P 868842
6、(多选题)如图所示为放在水平桌面上的质量相等的圆柱形容器和底大口小的容器乙。
分别倒入适量的同种液体,液面高度和液体上表面积都相等。设两容器内液体对容器底部的压力分别为F 乙,桌面受到的压强分别为P 乙,则( ) 甲、P 甲、F
A 、F 乙 D 、P 乙 乙 B 、F 乙 C 、P 甲>P 甲
F 甲
7、如图所示是一体重672N 的初三学生在方格纸上站立时描下的鞋底部分的轮廓,其中每个方格的面积为6.0cm 2,则该同学双脚站立于水平地面时,对地面的压强值较为准确的是( )
A 、1.65×104Pa B 、2.0×104Pa C 、3.30×104Pa D 、4.0×104Pa
8、水平桌面上的烧杯内盛有浓盐水,如果向烧杯内加一定量的清水(未溢出),则( )
A 、盐水密度减小,烧杯底部受到的液体压强减小
B 、盐水密度增大,烧杯底部受到的液体压强增大
C 、盐水密度减小,烧杯底部受到的液体压强增大
D 、盐水密度增大,烧杯底部受到的液体压强减小
9、三峡大坝坝底水位是66m (水位表示相对于上海吴淞口海平面的海拔高度)。今年6月1日上午九时,大坝开始蓄水,到6月10日下午五时时,蓄水水位达135m ,若g 取10N/kg,此时水对大坝坝底的压强为( )
A 、6.6×105Pa B 、6.9×105Pa C 、1.35×106Pa D 、2.01×106Pa
10、(多选题)夏天到了,伟伟在盛有凉开水的杯子中放入冰块做冷饮如图所示,当冰块熔化后,不发生变化的是( )
A 、杯中水面的高度 B 、杯子对桌面的压力
C 、水对杯底的压强 D 、水对杯底的压力
11、静止在斜面上的金属块,重为10N ,金属块对斜面的压力为6N ,金属块与斜面的接触面积为20cm 2,则金属块对斜面的压强是( )
A 、5×103Pa B 、3×103Pa C 、2×103Pa D 、8×103Pa
12、下面图中的做法,目的是为了增大压强的是( )
13、(多选题)潜水艇在海底航行时排水量为m 1,在海面上航行时排水量为m 2,设海水的密度为ρ,试确定下列说法哪些正确( )
A 、它在海底航行时所受浮力等于(m 1-m 2) g
B 、它在海底航行时所受的压力差(m 1-m 2) g
C 、当潜艇在海面上航行时,水中部分的体积为m 2/p
D 、要使潜艇潜入海水中要充入(m 1-m 2) g 的海水
14、某人用嘴将小空瓶内的空气吸出,小瓶马上挂在嘴唇上,原因是( )
A 、嘴把瓶子吸住 B 、瓶内所剩的空气作用的结果
C 、嘴边的唾液把瓶粘住 D 、大气压把小瓶压在嘴唇上
15、今年是人类成功登上珠穆朗玛峰100周年,我们虽然还没有去过珠穆朗玛峰,但从大气压随高度变化的知识可以知识,峰顶的大气压可能是( )
A 、30kPa B 、80kPa C 、100kPa D 、120kPa
16、我们吸气时,下列说法正确的是( )
A 、肺的容积减小,肺内空气压强增大 B 、肺的容积增大,肺内空气压强减小
C 、肺的容积增大,肺内空气压强增大 D 、肺的容积减小,肺内空气压强减小
17、(多选题)某容器装满水,轻轻放入一小球后,溢出50g 水,则下列判断正确的是( )
A 、小球的质量肯定不小于50g
B 、小球的质量肯定等于50g
C 、若小球质量大于50g ,则小球的体积一定等于50cm 3
D 、若小球质量等于50g ,则小球的体积一定大于50cm 3
18、潜水艇从潜行变为上浮,在浮出水面之前,所受海水的压强和浮力变化情况正确的是( )
A 、压强减小,浮力不变 B 、压强增大,浮力不变
C 、压强不变,浮力变大 D 、压强不变,浮力变小
19、如图所示,质量均匀的物体悬浮在水中,现将它沿图示虚线切为大小不等的两块后仍放在水中,则( )
A 、大块下沉,小块上浮 B 、大块悬浮,小块上浮
C 、两块都悬浮 D 、两块都下沉
20、游泳的人由河边走向深水处的过程中,如果河底布满碎石子,则( )
A 、脚越来越疼,因为水对脚的压力越来越大
B 、脚疼得越为越轻,因为河底对人的支持力越来越小
C 、脚越来越疼,因为水对人的浮力越来越大
D 、脚疼得越来越轻,因为人受到的重力越来越小
21、在弹簧测力计下挂一实心物体,弹簧测力计的示数是F ,如果把物体浸没在水中央,物体静止时弹簧测力计的示数为
A 、1.0×103kg/m3 B 、0.8×103kg/m3 C 、1.5×103kg/m3 D 、1.25×103kg/m3
22、当物体在足够深的水中处于自由状态时,下列说法中不正确的是( )
A 、密度大于水的物体在水中一定下沉到水底
B 、密度大于水的物体在水中也有可能漂浮在水面上
C 、密度小于水的物体一定处于漂浮状态
D 、如果是质量相同的木块和铁块,木块受到的浮力比铁块大
二、填空题
1、一辆坦克对地面的压强是2×105Pa ,其物理意义是_____________。
2、细心的郑明飞发现家里用过一段时间的菜刀,爸爸要把它磨一磨,这是为了减小__________,从而达到增大____________的目的。
3、潜水艇潜入水中越深,所受水的压强就_________,水对潜水艇的压力就_________,所以潜水艇潜入水中的__________有一定限度。
4、将同一压强计金属盒分别放入清水和盐水的同一深度,发现在__________中的压强较大,说明在深度相同时,液体密度越大压强越大。
5、小伟同学参加军训时,体检称得他的质量为50kg ,当他立正时,他对水平地面的压力大小为_________N;当他正步走时,他对水平地面的压强将__________(填“增大”、“不变”或“减小”)
6、如图所示,两手指用力捏住铅笔,使它保持静止,则两手指所受压力__________,压强___________。
7、如图所示,是某同学研究液体压强时,绘制的甲、乙两种液体的压强与深度关系图象。由图象可知,甲、乙两种液体的密度关系为ρ甲_______ρ乙(填“>”、“
F ,则该物体的密度是( ) 5
8、吸尘器是利用_________来工作的一种现代清洁工具,它不但用于宾馆饭店,而且逐
步进入普通百姓的家庭。
9、煮牛奶时,为了保持牛奶的营养成分,不能用高温煮沸。为此,人们制造了一种“低压锅”。用这种锅煮牛奶,可以使牛奶里的水不到100℃就沸腾。这种“低压锅”的物理原理是__________。
10、通常,人们把高度为_______cm水银柱所产生的压强作为1个标准大气压,大气压的值跟天气有密切的关系,一般来说,晴天的大气压比阴天的______________,冬天的大气压比夏天的__________(选填“高”或“低”)
11、请选择下列选项代码填空(代码可重复选用)
a. 升高;b. 降低;c. 温度较高;d. 温度较低;e. 良导体;f. 不良导体;g. 水中的溶解氧不足;h. 水中的溶解氧气充足
气象预报对人们的生活及工、农业生产和军事、科研等各行各业都具有重要的意义,当前的气象预报已发展到利用超级计算机进行长期天气预报。但人们也可以观察自然现象来进行短期气象预报,如观察水塘中鱼类的浮游状态,当发现水塘中大量的鱼浮上水面,并大口呼吸时,往往预示着即将下大雨,因为要下雨的地方,往往大气压_________,使氧气在水中的溶解度_________,迫使鱼类上浮水面进行呼吸。但这种情况往往在夏天快下雨时的水塘中出现,而在冬天快下雨时的水塘中则很少见,这是因为夏天水塘中的水温度较高_____________,而这种情况在水很深的湖泊中夏天也很少见,这是因为水是热的________,湖泊深处的水夏天仍_______、_______。
12、在教室里用如图所示的喷壶喷洒药液时,先要用设置在喷壶上的打气筒向壶内打气,然后打开阀门,药液就会喷出。向壶内打气,目的是使壶内液面上方空气的压强_______大气压强(填“大于”、“等于”或“小于”);喷洒药液后,在教室周围也能闻到药液的气味,这是由于________所致。
13、在空气中称两铁块与铝块,弹簧秤示数相等,若将铁块与铝块没入水中,则称________的弹簧秤示数较大。倘若在真空中称,则称_________的弹簧秤的示数较大。
14、一艘船的排水量为8000吨,则满载时它受到的浮力为________N,若其最大载货量为5000吨,而现在实际上只载货4000吨,则受到浮力为________N。(g=10N/kg)
15、饺子是大家喜爱的食品。刚入水的饺子是沉在水底的,在水中煮一会就会漂浮起来,这是因为饺子受热_______,浮力_________(增大,减小,不变),从而大于重力,上浮至水面。
16、把一个体积是250厘米3的物体,放入一个盛满水的容器中,结果溢出水的体积是200厘米3。那么,这个物体在水中的浮沉情况是_________牛,物体的密度为________千克/米3。
17、将一个体积为2m 3,密度为0.5×103kg/m3的物体投入水中,当物体在水中静止时,它受到的浮力为________N,若将此物体投入密度为0.4×103kg/m3的液体中,物体静止时受到的浮力为________N。
18、气球和飞艇是利用__________升入高空的,若气球的总重_________,气球就上升,如果用________的方法,气球可以下降。
19、将挂在弹簧秤上的物体的一半浸没在水中,弹簧秤的示数比物体未浸入水之前减少了1N ,这个物体的体积是________,当这物体全部浸没在水中时,弹簧秤的示数是3N ,这物体重_______N。
20、弹簧秤下端挂一个物体,将其全部浸入水中,受到有浮力是0.49N ,弹簧秤的示数是0.83N ,该物体的物重是_______N,物体的体积是_________m3,若把此物体放在水银中受到的浮力是________N,排开水银重为_______N。
21、浸没在水中的潜水艇能向上浮起,是靠改变________,使艇重__________它受到的浮力。当潜艇露出水面时,随着它露出水面体积的增大,它受到有浮力_______,直到浮力_________艇重,它漂浮在水面上静止。
五、计算题
1、小刚的妈妈买了一箱牛奶,放在地板上,箱与地板的接触面积是0.025cm 2,箱和牛奶总质量是5kg ,箱中每小袋牛奶的包装袋上标有“净含量221ml 、227g ”字样。(g=10N/kg)
试求:⑴这种牛奶的密度是多少克/厘米3?(计算结果保留小数点后两位小数)
⑵这箱牛奶对地板的压强是多少Pa ?
2、市政府准备在某广场建一座雕塑,雕塑的质量是6.0×104kg ,底面设计成长2m ,宽1.4m 的矩形。
求:⑴这座雕塑受到的重力是多大?
⑵雕塑对水平底座的压强是多大?
3、某人质量为61.8kg ,密度为1.0×103kg/m3。他在重为103N 的充气筏上打捞一体积为0.02m 3的密闭金属箱(人在筏上)。打捞时此人匀速拉箱(箱在水中)的力为41.2N ,海水的密度
33为1.03×10kg/m,(取g=10N/kg)试求:
⑴金属箱的重力是多少牛?
⑵若此人把金属箱放到气筏上,手扶着气筏,人静止不动时身体的体积露出水面(人在水中),那么气筏在海水中的体积是多少立方米?
专题三
一、1、C 2、D 3、A 4、A 5、B 6、BC 7、B 8、C 9、B 10、ABCD
11、A
12、B 13、CD 14、D 15、A 16、B 17、AC 18、A 19、C 20、B 21、
D 22、A
二、1、坦克对每平方米地面的压力为2×105N 2、受力面积,压强 3、变大,变大,深度 4、盐水 5、490,增大 6、相等,不等 7、>,乙 8、大气压强 9、液体表面气压越低,液体的沸占也越低 10、76,高,低 11、b ,b ,g ,f ,d ,h 12、大于,分子扩散 13、铁块,铝块 14、8×107,7×107 15、膨胀,增大 16、漂浮,2.08×103 17、104,8×103 18、浮力,小于浮力,减小体积 19、200cm 3,5N 20、
1.32,5×10-5,1.32,1.32 21、自身的重,小于,变小,等于
五、1、⑴1.03g/cm3 ⑵2×103Pa 2、⑴5.88×105N ⑵2.1×105Pa 3、⑴247.2N ⑵4.25
-23×10m