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第17课时 压力和压强
压力
例1 小宇利用海绵、小方桌和砝码进行了如图所示的探究实验,
下列对整个探究活动的分析,不正确的是( )
A.探究的方法:控制变量法
B.探究的问题:压力的作用效果与什么因素有关
C.探究过程的分析:通过观察海绵凹陷面积大小判断受力效果
D.探究的结论:压力的作用效果与压力的大小和受力面积大小有关
1.如图分别是四位同学画的重力G与压力F的示意图,其中正确的是( )
2.如图所示,在进行“探究压力作用效果影响因素”实验时,某同学完成了图A、B、C几次实验后,又将同一小桌,按如图D和图E的方法放在海绵上,观察海绵的凹陷程度。
(1)如图D所示,将海绵一端用木块垫起,仍使小桌静止。与图C海
绵凹陷程度相比,结果是 _____(选填“更大”“一样”或“更
小”)。
(2)图C与图____、图____海绵的凹陷程度比较,可以得出的结论
是:压力一定时,受力面积越小,压力的作用效果越明显。
(3)仅由图D和图E能否得出“压力作用效果与压力大小关系”的
正确结论? _____,理由是 _____________________。
更小
B
E
不能
没有控制受力面积相同
增大和减小压强的方法
例2 切蛋器装有一排很细的钢丝,能轻松地把熟鸡蛋切成片,请你解释其中的原因:
【解析】人在切鸡蛋时所用的压力是一定的,钢丝很细,那么鸡蛋所受到钢丝压力的受力面积小,钢丝对鸡蛋的压强就增大,所以能轻松地把熟鸡蛋切成片。
答:钢丝很细,切蛋压力一定时,鸡蛋受力面积小,钢丝对鸡蛋的压强大,所以能轻松地把熟鸡蛋切成片。
3.端午节,小敏提着一盒粽子去看望长辈时,下列提法中手受到压强最小的是( )
A.用单手提单绳
B.用单手提双绳
C.用双手提单绳
D.用双手提双绳
4.快速行驶的汽车如果发生剧烈碰撞,车身很快停止运动,安全气囊被弹出并瞬间充满气体,如图所示。安全气囊的作用之一是增大( )
A.司机的动能
B.司机的惯性
C.司机受到的压强
D.司机的受力面积
5.近几年道路上多了很多监控设备,如图所示,仔细观察发现,
水平的横杆一端粗一端细,竖直的立杆上面细下面粗,特别是基
部,两杆组成“7”字的形状。
(1)两杆组成“7”字的形状,水平横杆没有在中间获得支撑,它
是否受力平衡?_____(填“是”或“否”)。
(2)竖直的立杆的基部较为宽大是为了 _________________。
是
减小对地面的压强
压强公式的应用
例3 如图所示为一幅人行道的照片,图片左侧是盲道,其地砖表面有一棱棱凸起的部分,而右侧是普通人行道,其地砖表面是平的。盲人在盲道行走时,不用盲杖也能放心前行,请利用所学知识加以解释。
答:盲道与普通人行道相比,有一棱棱凸起部分,人行走在上面
受力面积小;在压力一定的情况下,根据p= 可知,人对盲道的
压强大,对脚的压强也大,脚会感到不舒服,从而使盲人知道自
己走在盲道上,不用盲杖也能放心行走。
例4 冬天,河面结了一层较厚的冰,测得它能承受的最大压强为3×104Pa,小伟的质量为50kg,每只脚的着地面积均为200cm2。(g取10N/kg)
(1)小伟站在冰面上对冰面的压强为多大?
(2)为了能安全在冰面上行走,小伟最多能背多少千克的物体?
6.如图所示,质量分布均匀的长方体重物A、B,密度分别为ρA和ρB,底面积分别为SA和SB且SA>SB,将它们放在水平地面上,它们对地面的压强相等。现水平割去上半部分(如图中虚线所示),剩余部分对地面的压强分别为pA和pB,对地面的压力分别为FA和FB,下列物理量大小比较的关系正确的是 ( )
A.FA<FB
B.pA>pB
C.ρA>ρB
D.切割前后A、B对地面的压强均不变
7.高速公路上为避免发生汽车追尾事故,有关部门在路边竖立有距离确认牌,从确认牌开始,沿路分别竖立50米、100米、200米标志牌,如图所示。小明为了估测所乘汽车的速度,他用手表测出一辆汽车从50米到200米标志牌的时间为5秒。如表所示为该车的部分技术参数。(g取10牛/千克)
(1)该车空车的重力为多少?
(2)根据小明的测量,估测出汽车的平均速度为多少?
(3)已知每只轮胎与地面接触的总面积为0.1米2,求
满载的车静止在水平地面上对地面的压强。
整车质量
/千克 百千米油
耗/升 载重/千克 车轮数量 最高车速
/(千米/时)
4000 ≤25 4000 4 140
8.小科发现中性笔的笔帽上有小孔,为了解小孔作用,小科查阅
资料:儿童不小心将笔帽吸入引发窒息,这个通气孔能保证呼吸
道不被完全堵塞,因此被称为“救命孔”。
(1)若不小心吸入笔帽,人体在用力吸气时,通过该笔帽通气孔
的气体流速可达20m/s。为确保生命安全,人体与外界通气量要
达到1.36×10-4m3/s,则通气孔的面积至少为______mm2。
6.8
(2)若不小心将没有通气孔的笔帽吸入气管,此时
由于呼吸道堵塞导致肺内气压比外界气压小1.3×
104Pa,笔帽的横截面积约为0.85cm2,医生至少需
要______N的力才能将笔帽取出(计算结果精确到0.1N)。
(3)医学上抢救气管异物堵塞的标准方法是:急救者从背后环抱患
者,用力向患者上腹部施压,从而排出异物,被称为“生命的拥
抱”。此方法应用的科学原理是:一定质量的气体,体积______
时,压强增大。
1.1
减小
探究液体内部的压强
例5 在探究实践创新大赛中,小明同学展示了他的“液体压强演示仪”,其主要部件是一根两端开口且用橡皮膜扎紧的玻璃管,将此装置放于水中,通过观察橡皮膜的凹凸程度变化,探究液体压强规律。下列几种橡皮膜的变化情况,正确的是( )
【解析】玻璃管竖直放置时,两面都受到压力作用,且下端更深,所受的液体压强更大,所以橡皮膜应向玻璃管内部凹,且下端凹陷程度更大,故A错误、B正确;玻璃管水平放置时,液体对两侧橡皮膜都有向玻璃管内的压强,故C、D错误。
9.在探究“影响液体内部压强大小的因素”实验中:
(1)如图甲,用手按压强计的橡皮膜,U形管内水面出现高度
差;将橡皮膜放入酒精中,U形管内水面也出现高度差,这说明
___________________;这种研究问题的方法是_______法。
液体内部存在压强
转换
(2)若在使用压强计前发现U形管中有高度差,通过_____方法
可以进行调节。(填序号)
①从U形管内向外倒出适量水 ②拆除软管重新安装
③向U形管内加适量水
(3)比较乙、丙实验可知,液体内部压强与液体的_______有关;
比较丙、丁实验可知, 液体内部压强与液体的_______有关。
②
密度
深度
液体压强
例6 一个未装满水且密闭的矿泉水瓶,先正立放在桌面上(如
图A所示),然后反过来倒立放在桌面上(如图B所示),两次放置
饮料对杯底的压强pA < pB(填“>”“=”或“<”,下同),
两次杯子对桌面的压力FA_____FB,压强p′A ___p′B。
=
<
【解析】由图可知,正放时杯中水的深度较小,水对杯底的压强
较小,即pA<pB。瓶子对桌面的压力等于瓶子与水的重力之和,
无论正放还是倒放,总重力不变,对桌面的压力不变,即FA=
FB,倒放时受力面积S减小,根据p= 可知,压强增大,即p′A
<p′B。
例7 如图所示,两个薄壁圆柱形容器A、B置于水平地面上(底面积SA>SB),容器中分别盛有深度相同的液体甲和乙,甲、乙对各自容器底的压力相等。下列判断中正确的是 ( )
A.甲、乙的密度相等
B.甲、乙对容器底的压强相等
C.若分别抽出相同体积的液体,则剩余液体
对容器底的压强可能相等
D.若分别加入相同体积的液体,则容器底受到液体的压强可能相等
【解析】由题可知,甲、乙对各自容器底的压力相等,A、B均为
圆柱形容器,则甲、乙两液体对各自容器底的压力等于各自的重
力,即G甲=G乙,根据G=mg、ρ= 可得,ρ甲V甲g=ρ乙V乙g,
因为SA>SB,甲、乙两液体的深度相同,所以两液体的体积关系
为V甲>V乙,则ρ甲<ρ乙,故A错误;因ρ甲<ρ乙,且甲、乙液
体深度相同,由p=ρgh可知甲、乙对容器底的压强p甲<p乙,故
B错误;若分别抽出相同体积的液体,因SA>SB,所以由V=Sh可
知,A中抽出甲液体的深度小于B中抽出乙液体的深度,则A中剩余
甲液体的深度大于B中剩余乙液体的深度,因为ρ甲<ρ乙,所以剩余液体对容器底的压强可能相等,故C正确;若分别加入相同体积的液体,因SA>SB,A中加入甲液体的深度小于B中加入乙液体的深度,则A中甲液体的总深度小于B中乙液体的总深度,因为 ρ甲<ρ乙,所以A容器底受到液体的压强一定小于B容器底受到液体的压强,故D错误。
10.匀速地向某容器内注满水,容器底部所受水的压强与注水时间的关系如图所示。这个容器可能是( )
11.如图所示,底面积不同的圆柱形容器甲和乙分别盛有A、B两种液体,两液面相平,且A的质量等于B的质量。若在两容器中分别加入原有液体后,液面仍保持相平,则此时液体对各自容器底部的压强p甲、p乙和压力F甲、F乙的关系是( )
A.p甲<p乙,F甲=F乙 B.p甲<p乙,F甲>F乙
C.p甲>p乙,F甲=F乙 D.p甲>p乙,F甲>F乙
12.如图所示为甲、乙两种液体的质量与体积关系图像,将相同的木块分别放入盛有甲、乙两种液体的容器a和b中,待木块静止时,两容器液面相平,请回答下列问题:
(1)b容器盛的是_____(填“甲”或“乙”)液体。
(2)木块在a容器内排开液体的质量_____(填“>”“=”
或“<”)木块在b容器内排开液体的质量。
(3)a容器底部受到的液体压强_____(填“>”“=”或“<”)
b容器底部受到的液体压强。
乙
=
>
13.现有一根两端开口的直玻璃管,将其下端蒙上橡皮膜。描述
橡皮膜外表面在以下不同情境中的形状变化。
(1)向管内缓缓注水,观察到橡皮膜向外凸。随着加入的水量增
多,橡皮膜向外凸的程度会 _____(填“变大”“变小”或“不
变”)。
变大
(2)将注入水后的玻璃管放入装有水的水槽中,慢慢向下移动到如
图所示的位置,橡皮膜向外凸的程度会 _____(填“变大”“变
小”或“不变”)。
(3)当玻璃管移动到管内液面和水槽液面恰好相平时,橡皮膜的
形状是 _____(填“凸面”“凹面”或“平面”),试说明理由。
________________________________________________________
_________________________________________________。
变小
平面
玻璃管内外液体密度相等,且深度也相等,因此橡皮膜受到上
下两方液体的压力大小相等、方向相反,使橡皮膜水平
大气压强的存在
例8 在验证大气压存在的覆杯实验中,小柯认为:“实验中纸片不掉落完全是因为纸片被杯口的水粘住了,而与大气压无关。”下列能帮助小柯改变这种想法的实验是( )
A.如图甲,换用不同种类的纸片做覆杯实验,纸片都不掉落
B.如图乙,覆杯实验中将杯口朝向不同方向,纸片均不掉落
C.如图丙,将一张湿纸覆盖在空杯子的杯口,倒转杯子纸片不
掉落
D.如图丁,在密闭钟罩内做覆杯实验,抽出钟罩内空气的过程
中纸片掉落
【解析】图丁中,在密闭钟罩内做覆杯实验,抽出钟罩内空气的过程中纸片掉落,说明钟罩内没有空气,也就是没有气压时,纸片和水不能继续被托住,这说明实验中纸片不掉落是因为受到大气压的作用,而不是纸片被杯口的水粘住了。
14.如图所示的现象中,与大气压无关的是( )
15.负压救护车是一种新型救护车,因车内的气压低于车外而得名。 下列处于负压状态的是( )
A.吹足气的气球
B.高空飞行中的飞机机舱
C.漏气的足球
D.吸饮料过程中的吸管
16.如图所示为小明自制的玩具——蜡烛抽水机。他将一根塑料
软管弯成U形,倒插在两个烧杯中,点燃左杯中的蜡烛后,用硬
纸片密封住左杯的杯口,过一会儿蜡烛因缺氧熄灭后,左杯内气
体压强将_______(填“增大”或“减小”),右杯中的水在_____
___的作用下流入左杯。
减小
大气
压
大气压在生活中的应用
例9 如图所示为检查装置的气密性,将导管的末端伸入装有水的烧杯中,用手捧住试管,若装置的气密性良好,则烧杯内导管处的现象(画圈部分放大)是( )
【解析】在封闭的容器内,气体的质量不变,当用手捧住试管时,试管内的气体温度升高,气压增大,气体膨胀,所以B正确。
17.空中的氢气球,升到一定高度就会爆裂,下列说法中正确的是( )
A.这一高度的大气压值大,把气球压裂
B.高空中的大气压小,气球向外膨胀,把气球胀裂
C.高空中的温度很低,气球被冻裂
D.空中的紫外线很强,将气球照裂
18.负压救护车是新冠肺炎疫情防控的必需品之一,它与普通救护车的区别是车厢具有负压功能(即车内的气压低于车外大气压),通过空气传播的病毒可起到有效的阻隔作用。下列物体处于负压状态的是( )
A.充完气的汽车轮胎
B.高空飞行中的飞机机舱
C.吸饮料时的吸管
D.充满气后的灭火器气罐
19.小明同学用一个薄壁玻璃瓶、带色的水、两端开口的
细玻璃管、橡皮塞自制了如图所示的气压计,并从管子上
端吹入少量气体,使瓶内气压_____(填“大于”“小于”
或“等于”)大气压,水会沿玻璃管上升到瓶口以上。为了
探究大气压与高度的关系,小明同学用双手捧着自制的气压计从
教学大楼的一楼跑到五楼,发现细玻璃管中的水面上升,于是他
得出了“高度越低,大气压越小”的结论。小明的结论是_______
(填“可靠”“不可靠”)的。此过程中使水面上升的主要原因是
_____________________________________________________。
大于
不可靠
手捧着自制气压计时,瓶子受热,影响了瓶内气体的压强
流体压强与流速的关系
例10 如图,用细线悬挂着的轻质汤勺接近快速
下落的水流时,轻质汤勺会向水流靠拢。请说明产
生这个现象的原因。
答:由于水的流动,汤勺靠近水流一侧的空气流动速度较快,压强较小,汤勺的另一侧空气流速较慢,压强较大,汤勺两侧的空气压力差将汤勺压向水流。
20.某同学用T形玻璃管对着U形管吹气,如图所示,可以看到U形
管内_____(填“左”或“右”)侧液面较高,产生该现象的原因是
______________________________。
左
U形管左侧气体流速大、压强小
21.新冠肺炎疫情发生以来,全国人民团结奋斗,群防群控,众
志成城,目前我国疫情已经得到有效控制。如图所示为雾化治疗
中使用的雾化器的结构原理,当压缩空气从吸水管口快速喷出
时,使吸水管口气压_______(填“大于”或“小于”)外界大气
压,药液被压出。
小于
22.在自主学习探究过程中,某同学利用带拉环的吸盘、固定在墙上的平面镜、刻度尺、弹簧测力计来测量大气压强的大小,实验装置如图甲所示,具体实验步骤是:
①用刻度尺测出吸盘的直径,算出吸盘平面面积为10cm2;
②用弹簧测力计测出吸盘自身的重力0.5N;
③将吸盘沾水湿润后,压在平面镜上,排尽吸盘内空气;
④用弹簧测力计水平拉动吸盘,直至恰好脱落,读出此时弹簧测力计示数为 100N;
⑤记录整理数据;
⑥算出大气压的值,分析实验结论。
(1)以上叙述的实验步骤中,多余的是_____(填序号)。
②
(2)根据该同学的实验数据,计算得到的大气压值等于______
Pa。
(3)实验时,如果拿一个吹风机对着吸盘自上而下吹风(如图乙),
则拉动吸盘时的弹簧测力计示数会_____(选填“大于”“小于”
或“等于”)100N。
1×105
小于
23.飞机在空中飞行时都有一定的迎角(机翼轴线与水平气流的夹角)。飞机飞行时的升力除了与机翼形状有关外,是否还与迎角大小有关?为了研究这一问题,在老师的帮助下,小明利用电风扇、升力测力计、飞机模型,按图甲方式进行如下实验。
①闭合电风扇的开关,调节挡位使其风速最大,并使飞机模型
的迎角为0°,记录测力计的示数。重复5次实验并计算升力平
均值;
②改变迎角大小,使其分别为5°、10°、15°、20°,重复步
骤①;
③处理相关数据得到“升力与迎角的关系”,如图乙所示。
(1)本实验得出的结论是__________________________________
_________________________________________________________
___________________。
(2)小明若要进一步研究“飞机的升力与其飞行速度的关系”。
利用现有器材,如何操作可以模拟飞机不同的飞行速度?_______
_______________________________________________________。
飞机以一定的速度飞行时,迎角在0°
到20°范围内,随着迎角的增大,飞机所受升力先增大后减小,
15°附近时达到最大
改变电
风扇的挡位来改变风速大小(或改变电风扇与飞机模型的距离)
(3)资料显示:本实验结论与实际相符,且飞机迎角一定时,飞
行速度越大升力也越大。若某飞机以500km/h做水平匀速直线飞
行时的迎角为θ1,而以800km/h做水平匀速直线飞行时的迎角为
θ2(θ1、θ2均小于15°)。请比较θ1、θ2的大小关系:
_______。
θ1>θ2