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初中物理竞赛教程基础篇第18讲压强液体压强

 

第 18 讲压强 液体压强

 

18.1 学习提要

 

18.1.1 压力和压强

 

1、压力

 

垂直作用在物体表面并指向表面的力叫做压力。

压力的方向总是垂直于受力面。

 

2、压力的形变效果

 

一切物体表面受到压力时,都会发生形变。

大小相同的压力所产生的形变效果却并不一

定相同。

压力产生的形变效果不仅跟压力的大小有关,还跟受力面积的大小有关。

 

3、压强

 

物理学上把物体单位面积上受到的压力叫做压强,某个面上受到的压力跟该受力面积的

比值就等于该面受到的压强。

压强的定义式为 p=F/S。

压强表示了压力的作用效果。

 

压强的国际单位是帕(Pa)。

帕是一个很小的单位,一张报纸平摊在水平桌面上,对桌

面的压强大约是 1Pa。

 

4、改变压强的方法

 

在压力一定时,增大受力面积可以减小压强,减小受力面积可以增大压强。

在受力面

积一定时,增大压力可以增大压强,减小压力可以减小压强。

 

18.1.2 液体内部压强

 

1、探究液体内部压强规律

 

(1)现象:

把食品保鲜袋套在手上,伸入盛水容器中,手

会感到明显的压力。

 

UU

(2) 形管压强计:

 形管压强计在实验室和生活中有着广泛的应用。

如图 18-1 所示,

A 是 U 形玻璃管;B 是液体(水);C 是带橡皮膜的金属盒;D 是软橡皮管。

 

1

 

(3)用 U 形管压强计可以研究液体内部压强。

根据 U 形管两侧管内液体的高度差大小,

可比较橡皮膜所受到的液体压强的大小。

 

2、液体内部压强规律

 

液体内部存在着向各个方向的压强。

在同种液体内部,深度越大,该处压强也越大;在

同一深度处,各个方向上的压强相等。

在不同液体内部同一深度处,密度大的液体产生的压

强大。

液体内部的压强取决于液体的密度和液体的深度。

 

液体内部压强的计算公式为 p=ρgh。

式中 ρ 是液体的密度,单位是 kg/m3;g=9.8N/kg ;

深度 h 为液面向下到某处的竖直距离。

 

液体对容器底部的压力不一定等于容器中液体的重力G 液。

只有当容器为柱状(圆柱体、

长方体等),即满足 V=Sh 时,F=pS=ρghS=ρgV=G 液。

3、帕斯卡定律

 

加在密闭液体上的压强,能够大小不变地由液体向各个方向传递。

 

实验表明,帕斯卡定律同样适用于密闭气体。

用于测量液体或气体内部压强的压强计就

是利用了帕斯卡定律。

 

4、连通器

 

几个底部相通、上部开口的容器组成了连通器。

U 形管是一种最简单的连通器。

在连通

器内注入同一种液体,在液体不流动时,连通器内各容器的液面总是保持在同一水平面上。

 

在生活和生产中存在不少连通器,如相连通的大江、湖泊、河流构成的水网,实际上就

是一个天然的连通器。

 

18.2 难点释疑

 

压力和压强的辨析

 

1、定义的不同

 

根据压力的定义,垂直作用在物体表面并指向表面的力叫压力。

根据压强的定义,物体

 

2

 

单位面积上受到的压力叫做压强。

所以压强跟压力及受力面积都有关。

 

2、关于方向

 

压力有方向,压力的方向总是和物体的受力面相垂直;压强没有方向。

 

3、单位的不同

 

压力的单位是 N;压强的单位是 Pa。

 

18.3 例题精析

 

18.3.1 压力和压强

 

例 1 关于压力的概念,下列说法中正确的是()

 

A、压力的方向总是竖直向下的

 

B、压力的大小总是等于物体受到的重力

 

C、压力的方向总是和物体的接触面相垂直

 

D、压力的方向不一定和物体的接触面像垂直

 

【解析】根据压力的定义,垂直作用在物体表面上并指向物体表面的力叫压力。

所以,

压力的方向总是和物体的接触面相垂直。

 

【答案】C

 

例 2 关于压强的大小,下列说法中正确的是()

 

A、只跟压力有关B、只跟受力面积有关

 

C、跟压力及受力面积都有关D、跟压力及受力面积都无关

 

【解析】压强的定义是“物体单位面积上所受到的压力较做压强”,所以,压强大小跟

压力及受力面积都有关。

 

3

 

【答案】C。

 

18.3.2 压力的图示

 

例 3 如图 18~2(a)所示,斜面上的物体对斜面的压力为 6N,请在途中用力的图示法

画出斜面受到物体的压力;如图 18-2(b)所示,用 5N 的水平方向的力将一个重力为 3N 的

木块压在竖直的墙壁上,用力的图示法作出墙面受到的压力。

 

【解析】根据物体对斜面的压力,可知受力物体是斜面,所以力的作用点应该画在斜面

上,力的方向垂直于斜面;根据墙面受到的压力,可知受力物体是墙面,所以力的作用点应

该画在墙面上,力的方向垂直于墙面。

 

【答案】受力情况分别如图 18-2 的(c)和(d)所示。

 

17.3.3 压强大小的简单比较

 

例 4 如图 18-3 所示,三个用同种材料制成的实心圆柱体 A、B、C 放在水平桌面上。

它们的高度相同,但底面积不同,且 SA>SB>SC,则它们对桌面压强的大小关系为( )

 

A、pA>pB>pC

B、pA=pB=pC

 

4

 

C、pA

D、无法判断

 

【解析】根据 p=F/S,由于 F=G=mg=ρVg=ρShg,所以 p=F/S=ρgh。

 

因为三个圆柱体的材料相同,即密度 ρ 相同,高度 h 相同,所以它们对桌面的压强相同。

 

【答案】B。

 

18.3.4 压强的计算

 

例 5 滑雪的人的质量为 60kg,两只脚上的滑雪板每块长 2m、宽 0.1m,每块滑雪板的

重力为 40N,滑雪的人和滑雪板对水平雪地的压强为多大?

 

【解答】水平雪地受到的压力大小应是人的重力和两块滑雪板的重力之和,即

 

F=G 人+G 板=mg+G 板=60kg×9.8N/kg+2×40N=668N

由于滑雪板有两块,水平雪地的受力面积也是两块滑雪板的面积之和,有

 

S=2×2m×0.1m=0.4m2

 

所以滑雪板对雪地的压强

 

p=F/S=668N/0.4m2=1670Pa

 

例 6 质量为 0.975kg 的正方体铁块(ρ 铁=7.8×103kg/m3)放在面积为 1m2 的水平桌面的

中央。

(1)铁块的体积;

(2)铁块对桌面的压强。

 

【解答】

(1)铁块的体积 V=m/ρ=0.975kg/(7.8×103kg/m3)=1.25×10-4m3

 

(2)铁块的边长 L=V1/3=(1.25×10-4m3)1/3=5×10-2m

 

铁块的底面积 S=L2=2.5×10-3m2,小于水平桌面的面积,所以受力面积应为 2.5×10-3m2。

铁块对桌面的压力为

 

F=G=mg=0.975×9.8N/kg=9.555N

 

所以铁块对桌面的压强 p=F/S=9.555N/2.5×10-3m2=3882Pa

 

5

 

18.3.5 液体压强的比较

 

例 7 如图 18-4 所示,两只圆柱形容器 A、B,它们的容积相等,

但高度和底面积都不相等,A 和 B 都盛满水且放在水平桌面上,下列

关于两容器底面受到水的压强 p 和压力 F 的比较中,正确的是()

 

A、pA>pB,FA=FB

B、pA

C、pA=pB,FA=FB

D、pA

【解析】根据液体压强公式 p=ρgh,因为 ρA=ρB,hA

而 F=pS=ρghS=ρgV,因为 ρA=ρB,VA=VB,所以 FA=FB。

【答案】D。

 

B

【反思】也可以这样分析,因为 A、 是都盛满水的圆柱形容器,且 VA=VB,则有 GA=GB,

且 FA=GA,FB=GB,所以 FA=FB。

又因为 SA>SB,而 pA=FA/SA,pB=FB/SB,所以 pA

 

18.3.6 液体压强的计算

 

例 8 底面积为 0.03m2 的薄壁容器放在水平桌面上,自重为 2N,其内装有重力为 10N

的水,水面离底面高度为 30cm,求

(1)水对容器底面的压强;

(2)水对容器底面的压力;

(3)容器对水平桌面的压力;(4)容器对水平桌面的压强。

 

【解答】

(1)水对容器底部的压强 p1=ρgh=1.0×103kg/m3×9.8N/kg×0.3m=2.94×103Pa

(2)水对容器底部的压力 F1=pS=2.94×103Pa×0.03m2=88.2N

(3)容器对水平桌面的压力 F2=G 容+G 水=2N+10N=12N

(4)容器对水平桌面的压强 p2=F2/S=12N/0.03m2=400Pa

 

6

 

18.4 强化训练

 

A 卷

 

1、作用在物体表面上并指向表面的力叫做压力。

压力产生的效果跟

和有关。

 

2、叫做压强。

用 300N 的压力作

用在 2m2 的面积上,产生的压强是帕,它的意思是。

 

3、在松软的泥地上垫一块木板行走就不会陷下去,这是因为垫了木板后可以增大

 

,减小。

 

4、把一块砖平放、侧放、竖放在水平地面上,这三种放法对地面的压力(选

填“相等”或“不相等”),放时压强最大,放时压强最小。

 

5、按图 18-5 试一试,两指面凹陷程度是(选填“相同”

或“不相同”)的。

这表明。

 

6、一块砖的长、宽、厚分别为 20cm、10cm、5cm,质量为 1.5kg,将它平放在水平地

面上,它对地面的压强等于Pa;如果将它沿竖直方向截去一半,并把截下的半块

砖叠放在剩下的半块砖上,这时砖对地面的压强等于Pa。

 

7、一边长 20cm 的正方体放在水平地面上,正方体的密度是 2.7×103kg/m3,则它对地

面的压强是Pa;如果在正方体的上表面竖直向下打穿一个底面积为 100cm3 的圆柱

形的孔,则余下部分对地面的压强是Pa。

 

8、如图 18-6 所示,木块 G 放在水平桌面上,若在木块上加 4N 的压力,使木块对桌面

的压强变为原来压强的 1.5 倍,则木块重N。

 

9、一合金圆柱体高 2m,竖直放在水平地面上,测得它对地面的压强

为 1.568×105Pa,则该合金的密度为kg/m3。

 

10、甲、乙两个实心正方体,质量相等。

甲的密度大于乙的密度,将

两个正方体都放在水平桌面中央(底面积均不超过桌面),它们对桌面的压

力 F 甲F 乙,对桌面的压强 p 甲p 乙(选填“大于”、“等于”

或“小于”)。

7

 

11、如图 18-7 所示,已知重为 25N 的物体静止放置在水平面上,用力的图示法画出物

体对地面的压力。

 

12、如图 18-8 所示,已知在斜面上处于平衡状态的物体重 20N,它对斜面的压力为 15N,

用力的图示法画出它对斜面的压力。

 

13、如图所示 18-9 所示,A 物体处在墙角,受到的水平推力为 10N,受到的重力为 8N,

试用力的图示法画出物体 A 对竖直墙壁和水平地面的压力。

 

14、如图 18-10 所示,放置在水平地面上的物体 A 重 18N,受到竖直向上的拉力为 6N,

用力的图示法画出物体 A 对地面的压力。

 

15、关于重力和压力的说法,下列叙述正确的是()

 

A、压力总是由重力产生的

 

B、压力和重力是作用在用一物体上的一对平衡力

 

C、压力的大小可能等于重力的大小

 

D、压力是竖直作用在物体表面上的力

 

16、关于压强的概念,下列说法正确的是()

 

A、压强就是压力的强弱B、压力很大时,压强不一定打

 

C、压力很小时,压强一定不大D、只要受力面积很小,压强一定大

 

8

 

17、在讨论压强大小的条件时,正确的说法是()

 

A、物体受到的重力越大,产生的压强越大

 

B、物体的受力面积越大,产生的压强就越小

 

C、物体所受的压力越大,受力面积越小,产生的压强越大

 

D、以上三种说法都可以

 

18、用 20N 的水平力把重力为 10N 的木块紧压在竖直的墙壁上,这时木块对墙壁的压

力是()

 

A、10NB、15NC、20ND、30N

 

19、重力为 100N 的长方体放在水平地面上,与地面的接触面积为 0.1m2,现用一个大

小为 20N 的力竖直作用在物体中央,则物体对地面的压强()

 

A、一定是 1200PaB、可能是 1000Pa

 

C、可能是 800PaD、可能是 200Pa

 

20、几块完全相同的砖,如图 18-11 所示放在水平地面上,对地面的压强()

 

A、图(a)和图(b)一样B、图(b)和图(c)一样

 

B、图(a)和图(c)一样D、图(a)、图(b)和图(c)都一样

 

BL

21、有一密度均匀的长方体钢铁,被截成 A、 两块,如图 18-12 所示。

已知 LA:

 B=2:

1,

则它们对水平桌面的压力和压强之比为()

 

A、FA:

FB=2:

1,pA:

pB=2:

1B、FA:

FB=1:

2,pA:

pB=1:

1

C、FA:

FB=1:

2,pA:

pB=2:

1D、FA:

FB=2:

1,pA:

pB=1:

1

 

9

 

22、甲、乙两个长方体的形状大小相同,各自的边长之比都是1:

2:

3,甲的密度是乙的 3

倍。

将甲长方体平放在水平地面上,乙长方体竖放在水平地面上,比较它们对地面的压强,

则()

 

A、甲对地面压强大B、乙对地面压强大

 

C、甲、乙对地面压强相同D、条件不足,无法比较

 

23、一名初中学生的质量为 45kg,他每只脚接触地面的面积为 1.5×10-2m2。

当该学生

行走时,求:

(1)水平地面受到的压力 F;

(2)学生对水平地面的压强 p。

 

B 卷

 

1、在水平桌面上放有两个体积相等的圆柱体,它们的高度之比是 1:

2,密度之比是 2:

3,

则它们所受重力之比是,对桌面的压强之比是。

 

A

2、将水倒满如图 18-13 所示的容器后,A、B、C 三个橡皮膜向外凸出,说明液体对容

器有压强的作用;其中处橡皮膜凸出的程度最大,由此可以说明液体的压强

随的增大而增大;若将此容器中换装入相同深度的酒精后, 、B、C

三个橡皮膜凸出的程度都比原来,这说明液体的压强还与液体的有关。

 

3、如图 18-14 所示,容器里装有密度为 800kg/m3 的液体,液体在图中 A 点的压强 pA=

在与 A 点同一水平面上的 B 点的压强 pB=,液体对容器底部的压强

(、

p=,液体对容器底部的压力液体受到的重力。

 选填“大于”“小于”或

“等于”)。

 

4、U 形管压强计是研究液体的主要工具,如果 U 形管内两液面的高度差

越大,则表示金属盒橡皮膜处液体的压强;若压强计的金属盒放入液体内部的某

一深度,只改变橡皮膜的方向,这时 U 形管两边液体的高度差将,这说明

同一深度液体向各个方向。

 

5、下列各种事例中,属于增大压强的是()

10

 

A、铁路上的钢轨铺在枕木上B、房屋的墙基砌得比墙宽

 

C、坦克上装有两条履带D、刀刃磨得很锋利

 

6、仓库的长方体围墙对地面有压力和压强,现因该围墙太薄太低,故把它加厚、加高

为原来的 2 倍。

这样围墙对地面的压力和压强与原来比较,则有()

 

A、压力是原来的 2 倍,压强是原来的 2 倍

 

B、压力是原来的 4 倍,压强是原来的 2 倍

 

C、压力不变,压强不变

 

D、压力是原来的 4 倍,压强不变

 

7、两个用同一材料制成的均匀圆柱体,高度相同,它们的质量之比为 3:

2,现把它们都

竖直放在水平面上,则它们对地面的压强之比为()

 

A、3:

2B、1:

3C、1:

1D、条件不足,无法比较

 

8、甲、乙两个物体放在水平桌面上,它们对桌面的压力之比是 2:

1,与桌面的接触面积

之比是 3:

4,则它们对桌面的压强之比是()

 

A、2:

3B、3:

5C、8:

3D、3:

1

 

B

9、如图 18-15 所示,两个完全相同的铁块都放在桌面上,但 A

与桌面的接触面积较大,先比较 A、 对桌面的压力和压强的大小,

下列判断正确的是()

 

A、A 对桌面的压力大,A 对桌面的压强也较大

 

B、B 对桌面的压力大,B 对桌面的压强较小

 

C、A 和 B 对桌面的压力一样大,但 A 对桌面的压强较大

 

D、A 和 B 对桌面的压力一样大,但 A 对桌面的压强较小

 

10、一长方体形的砖块,长、宽、高之比为 1:

4:

8,若把它按不同方位放置于水平地面

时,它对地面所产生的压强的最小值与最大值之比为()

 

A、1:

8B、1:

4C、1:

2D、1:

16

 

11

 

11、将平底杯子放在桌面上,杯子对桌面的压强为 p1,若将杯子倒扣在桌面上,杯子对

桌面的压强为 p2,则有()

A、p1>p2B、p1=p2C、p1

12、缝衣针的针尖做得很尖,目的是()

 

A、为了增大压力B、为了增大接触面积

 

C、为了使车行驶得平稳D、为了减小轮子与地面的摩擦

 

13、大型载重平板汽车,装有许多轮子,这样做的主要目的是()

 

A、为了减小对地面的压力B、为了减小对地面的压强

 

C、为了使车行驶得平稳D、为了减小轮子与地面的摩擦

 

14、如图 18-16 所示,两个立方体 A、B 对水平地面的压强相同,

则以下判断正确的是()

 

A、A 的高度大,因而 A 的密度大

 

B、B 的高度小,因而 B 的密度大

 

C、A 与 B 的密度应该相等

 

D、条件不足,无法比较它们的密度

 

15、下列说法中不正确的是()

 

A、在同一深度,液体密度越大时,压强越大

 

B、在同一种液体内部,深度越大时,压强越大

 

C、由于液体有重力才产生了压强,所以向下的压强在同一深度大于向上的压强

 

D、在同一深度,液体向各个方向的压强相等

 

16、计算压强的公式有 p=F/S 和 p=ρgh,关于这两个公式的适用范围,下面说法中正确

的是()

 

A、两式都是普遍适用于固体、液体和气体

 

B、p=F/S 普遍适用于固体、液体和气体,但 p=ρgh 一般适用于液体

 

12

 

C、p=F/S 只适用于固体,p=ρgh 一般适用于液体

 

D、p=F/S 只适用于固体,p=ρgh 普遍适用于固体、液体和气体

 

17、三个相同的量筒里装有相同体积的水,用细绳拴着质量相等的实心铝块、铜块、铁

块,分别浸没在各量筒的水中,不触及量筒底部,水没有溢出,则水对量筒底部的压强(已

知 ρ 铜>ρ 铁>ρ 铝)()

A、放铜块的最大B、放铁块的最大

 

C、放铝块的最大D、三个一样大

 

18、假设某冰面能够承受的最大压强是 9×104Pa,求:

 

(1)一名质量为 60kg 的学生站在冰面上,他每只脚接触冰面的面积是 1.5×10-2m2,

冰会破裂吗?

 

(2)冰橇质量是 30kg,跟冰面的接触面积是 1.5×10-1m2,冰橇上载重多少千克时会发

生危险?

 

19、一长方体合金块质量为 30kg,底面积为 4×10-2m2.把它放于水平桌面上时,有 1/4

的面积伸出桌面,求:

 

(1)合金对水平桌面的压力;

 

(2)合金块对水平桌面的压强。

 

13

 

强化训练答案

 

A 卷

 

1. 垂直,压力大小,受力面积大小

 

2. 单位面积上受到的压力,150,每 1m2 的受力面积上受到的压力为 150N

 

3. 受力面积,压强

 

4. 相等,竖,平

 

5. 不相同,在压力相等时,受力面积不同,压力作用效果不同

 

6. 735,1470

 

7. 5292,5292

 

8. 8

 

9. 8000

 

10. 等于,大于

 

11. ~14. 略

 

15. C16.B17.C18.C19.C20.B21.D

 

23. 441N,29400Pa

 

22.C

 

B 卷

 

1. 2:

3,1:

3

 

2. 器壁,C,深度,小,密度

 

3. 784Pa,784Pa,2352Pa,大于

 

4. 内部压强,越大,不变,压强相等

 

5. D6.B7.C8.C9.D10.A

 

12. C13.B14.B15.C16.B17.C

 

14

 

11.C

 

18.

(1)不会;

(2)1347.6kg

 

19. 294N,9800Pa

 

15

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