第八讲 液体压强
考点一※液体压强的特点
如图1所示为探究“影响液体内部压强的因素”的实验装置,四幅图中容器中的液面相平.
甲 乙 丙 丁
图1
(1)实验前,首先应检查U形管压强计的 性是否良好.
(2)在进行(1)中的操作时,发现无论重压还是轻压橡皮膜,U形管两侧的液柱的高度均变化很小,说明该U形管压强计 ,该U形管 (选填“是”或“不是”)压强计连通器;
(3)若在使用压强计前,发现U形管内的水面已有高度差,通过 方法可以进行调节(填序号).
①从U形管中向外倒出适量的水;②拆除软管重新安装;③向U形管中倒入适量的水;
(4)U形管压强计是通过U形管 来显示橡皮膜所受压强大小的;为了使实验现象更明显,U形管中的液体最好用 (选填“有色”或“无色”);
(5)比较图甲和图 ,可以初步得出结论:在同种液体中,液体内部压强随深度的 而增大.
(6)保持金属盒在水中的深度不变,改变它的朝向,如图乙、丙所示,根据实验现象可以初步得出结论:
.
(7)比较图乙和图丁,能初步得出液体内部压强与液体密度有关的结论吗 ,理由是: .
(8)该实验中用到的研究问题的科学方法有 和 .
(9)若图乙中U形管左侧液柱的高度为4 cm,右侧液柱的高度为7 cm,则U形管底部受到的液体的压强为
Pa.(ρ水=1.0×103kg/m3,g=10N/kg)
(10)小莉同学在学了液体压强公式后,用公式对以上实验数据进行分析计算(g=10N/kg),得出金属盒在30mm深处水的压强是 Pa,而从压强计测出的压强为 Pa(压强计左右两管中水的液面高度差为28mm),由此她发现按压强计液面高度差计算的压强值小于按液体深度计算的压强值,你认为造成的原因是什么 原因: .
如图2所示,玻璃管两端开口处蒙的橡皮膜绷紧程度相同,将此装置置于水中,图中的哪幅图能反映橡皮膜受到水的压强后的凹凸情况 ( )
图2
(双选)如图3所示,容器中间用隔板分成左右相等的两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭,橡皮膜两侧压强不相同时其形状会发生改变.将适量的甲、乙两种液体注入两个容器中,分别将A,B两个体积相等的实心小球放入液体中,待液面静止时,橡皮膜向右凸起.下列说法正确的是 ( )
图3
A.甲、乙两种液体密度关系是ρ甲<ρ乙 B.A、B两球的密度关系是ρA>ρB
C.甲、乙两种液体对容器底部压强关系是p甲>p乙 D.A、B两球静止时所受到浮力关系是FA=FB
考点二※液体压强大小比较、计算
如图4所示容器中间用隔板分成左右两部分,隔板下部有一圆孔用薄橡皮膜封闭,橡皮膜两侧压强不同时其形状发生改变,下图中在隔板两侧分别装入两种不同的液体,不能比较出左右两侧液体密度大小关系的是 ( )
图4 A. B. C. D.
如图5装有两种不同液体的烧杯置于水平面上,两液体没有混合.上层液体的高度为h,密度为0.8ρ;下层液体的高度为2h,密度为ρ,则液体对烧杯底部的压強为 ( )
图5
A.2.4ρgh B.2.7 ρgh C.2.8 ρgh D.3 ρgh
如图6所示A、B、C三个容器中装同种液体,液面相平,容器底部受到液体的压强分别为pA、pB、pC,则 ( )
图6
A.pA=pB=pC B.pA>pB>pc C.pA<pB<pc D.pB<pA<pc
如图7是某冷饮店推出的一种服务产品:店方为顾客提供一种密度为0.95×103kg/m3的果汁饮料,饮料中放冰块、已知饮料质量是0.6kg,冰块质量是20g,杯子内部底面积为50cm2,杯中饮料的深度为10cm.求:(忽略杯子的重力,g取10N/kg)
(1)杯底受到饮料和冰块的总压力是多少?
(2)杯底对桌面的压强是多大?
图7
考点三※增压、减压、等压容器
如图8中的两个容器中盛有同种相同质量的液体,容器底部受到液体的压强分别为pA、pB,容器底部受到液体的压力分别为FA、FB,则 ( )
图8
A.pA=pB,FA=FB B.pA=pB,FA<FB C.pA<pB,FA=FB D.pA>pB,FA>FB
如图9所示,三个底面积相同的容器(质量与厚度不计)中分别装有深度和质量均相同的甲、乙、丙三种液体,则下列关于液体密度ρ、液体对容器底部的压力F、容器对桌面的压强p等关系正确的是 ( )
图9
A.ρ甲>ρ乙>ρ丙,p甲<p乙<p丙 B.F甲>F乙>F丙,p甲=p乙=p丙
C.ρ甲<ρ乙<ρ丙,F甲>F乙>F丙 D.F甲<F乙<F丙,p甲=p乙=p丙
一个未装满水的密闭杯子,先正立放在水平桌面上(如图10甲),然后反过来倒立在水平桌面上(如图10乙),两次放置时,甲图中水对杯底的压力和压强分别为F甲和p甲,乙图中水对杯底的压力和压强分别为F乙和p乙,下列判断正确的是 ( )
图10
A.p甲>p乙,F甲
p乙,F甲=F乙 C.p甲=p乙,F甲F乙
如图11所示,水平桌面上放着底面积相等的甲、乙两容器,分别装有同种液体且深度相同,两容器底部所受液体的压力压强分别用F甲、F乙、p甲、p乙,则 ( )
图11
A.F甲=F乙,p甲=p乙 B.F甲=F乙,p甲>p乙 C.F甲>F乙,p甲=p乙 D.F甲>F乙,p甲>p乙
两个用同一种材料制成且完全相同的密闭圆台形容器一正一反放置在同一水平桌面上,容器内装有质量和深度均相同的不同液体,如图所示.若它们分别在水平方向拉力F1和F2的作用下沿水平桌面做匀速直线运动,速度分别为v和2v,容器底部受到液体的压强分别为p1和p2,下列关系正确的是 ( )
图12
A.p1=p2,F1=F2 B.p1>p2,F1=F2 C.p1>p2,F1<F2 D.p1<p2,F1>F2
考点四※液体压强的动态变化问题
液体压强计算题解题的一般思路
①若是出现向容器倒入或者从容器抽出相同质量或相同重力的液体时考虑用固压公式:
②若是出现向容器倒入或者从容器抽出相同深度或者相同体积的液体时考虑用液压公式:
1、画图;
2、分析题目:①原来的压强 p0(压力F0),②变化的压强 p(压力 F ),③现在的压强 p (压力F );
3、比较变化的压强△P:①质量变化:△p=△F/S,②深度变化:△p=ρg△h;
4、代入数量关系p =p0±△p或F =F0±△F.
如图13所示,底面积不同的薄壁圆柱形容器内分别盛有液体甲和乙,已知甲、乙液体对容器底部压强相等,若分别在两容器中放入一个完全相同的金属球后,且无液体溢出,则 ( )
A.甲对容器底部压强一定小于乙对容器底部压强 B.甲对容器底部压强一定大于乙对容器底部压强
C.甲对容器底部压力一定小于乙对容器底部压力 D.甲对容器底部压力一定大于乙对容器底部压力
图13 图14
如图14所示,两个底面积不同的圆柱形容器甲和乙,容器足够高,分别盛有质量相等的水和酒精(ρ水>ρ酒精),可能使水和酒精对容器底部的压强相等的方法是 ( )
A.倒入相同质量的水和酒精 B.倒入相同体积的水和酒精
C.抽出相同质量的水和酒精 D.抽出相同体积的水和酒精
如图15所示,三个底面积不同的圆柱形容器内分别盛有A、B、C三种液体,它们对容器底部的压强相等,现分别从三个容器内抽出相同深度的液体后,剩余液体对容器底部的压强pA、pB、pC的大小关系是 ( )
A.pA>pB>pC B.pA=pB=pC C.pA<pB<pC D.pA=pC>pB
图15
考点五※液体压强和浮力综合题
现有甲、乙两个完全相同的容器,盛有体积相同的不同液体,把一个鸡蛋分别放入两容器中的情形如图16所示,鸡蛋在甲、乙两杯液体中所受的浮力分别为F甲浮和F乙浮,两杯液体对容器底部的压力分别是F甲和F乙,压强分别是p甲和p乙.以下判断正确的是 ( )
图16
A.F甲浮F乙浮,F甲C.F甲浮=F乙浮,F甲>F乙,p甲>p乙 D.F甲浮=F乙浮,F甲p乙
如图,碗可以漂浮在水面上,也可以沉入水底,下列说法正确的是 ( )
图17
A.碗沉入水底时比漂浮在水面上时重力变大了 B.碗沉入水底时受到的浮力等于它的重力
C.碗沉入水底时比漂浮时所受的浮力变大了 D.碗沉入水底时容器底部受到水的压强变小了
如图所示,台秤上放置一个装有适量水的烧杯,已知烧杯和水的总质量为800g,杯的底面积为100cm2,现将一个质量为600g,体积为400cm3的实心物体A用细线吊着,然后将其一半浸入烧杯的水中(烧杯厚度不计,水未溢出).求:
(1)物体A一半浸入水中后,水对烧杯底部压强增大了多少?
(2)物体A一半浸入水中后,烧杯对台秤表面的压强.
图18
考点六※连通器
如图19是一个足够长,粗细均匀的U形管,先从A端注入密度为ρA的液体,再从B端注入密度为ρB、长度为L的液柱,平衡时左右两管的液面高度差为L/2,则ρB与ρA的关系为 (选填“ρB=2ρA”或“ρA=2ρB”).现再从A端注入密度为ρc的液体,且ρc=0.5ρB,要使左右两管的液面相平,则注入的液柱长度为 (用含有“L”的代数式表示).
图19 图20
如图20所示,A、B为完全相同的两个容器,分别盛有7cm、5cm深的水,A、B之间用导管连接.若将阀门K打开后 ( )
A.当水不流动时,A中液面依然会高于B中液面
B.当水不流动时,A、B两容器中液面相平,所以A、B容器底的深度均为6cm
C.当水不流动时,A、B两容器底所受压强之比为1:1
D.当水不流动时,A、B两容器底所受压强之比为5:7
基础演练
1.如图21往浴缸中匀速注水直至注满,下列表示此过程中浴缸底部受到水的压强随时间变化的曲线,其中合理的是 ( )
图21 A. B. C. D.
2.在两支相同的平底试管内装入等量的铁砂,然后分别放入装有甲、乙两种不同液体的烧杯里,其静止状态如图22所示,则下列说法正确的是 ( )
图22
A.试管在甲液体中受到的浮力较大 B.试管在乙液体中排开的液体质量较小
C.两个烧杯底部所受液体压强相等 D.两支试管底部所受液体压强相等
3.如图23所示,平静的湖中,下列哪处水的压强最小(ρ水=1g/cm3) ( )
图23
A.a B.b C.c D.d
4.如图24,A、B、C是三个圆柱形容器,分别装有水或酒精(ρ酒精<ρ水),A、C两容器中液体深度相同,B、C两容器的底面积相同.三个容器底部所受的液体压强分别为pA、pB、pC,下列判断正确是 ( )
图24
A.pA>pB>pC B.pCpB=pC D. pC5.在甲、乙、丙三个相同的容器中,分别盛质量相同的同种液体.将三个质量相同,体积不同的小球,分别沉入三个容器的底部,当小球静止时,容器受到小球的压力的大小关系是F甲>F乙>F丙,则容器底部受到液体压强最大的是 ( )
A.甲 B.乙 C.丙 D.一样大
6.连通器在日常生活和生产中应用广泛,图所示的实例中不是利用连通器原理工作的是 ( )
A.水壶 B.水位计 C.船闸 D.拦河大坝
7.(双选)如图25所示,形状不同,底面积和重力相等的A、B、C三个容器放在水平桌面上,容器内分别装有质量相等的不同液体.下列分析正确的是 ( )
A.液体对A容器底部的压强最大,对C容器底部的压强最小
B.液体对A容器底部的压强最小,对C容器底部的压强最大
C.C容器对桌面的压强最大,A容器对桌面的压强最小
D.三个容器对桌面的压强相等
图25 图26
8.一固定圆柱形容器上部圆筒较细,下部圆筒较粗且足够长,容器的底是一可沿下圆筒无摩擦移动活塞S,用细绳通过测力计F将活塞提着.容器中盛水,开始时水面与上圆筒的开口处在同一水平面上如图26所示,在提着活塞的同时使活塞缓慢地下移.在这一过程中,测力计的读数 ( )
A.一直保持不变 B.先变小然后保持不变 C.先变大然后变小 D.先变小然后变大
9.在两个完全相同的容器中分别倒入甲和乙两种不同的液体,如图27所示,下列分析正确的是 ( )
图27
A.若甲和乙的质量相等,则甲的密度小于乙的密度
B.若甲和乙对容器底部的压强相等,则甲的密度小于乙的密度
C.若甲和乙对容器底部的压强相等,则甲的质量小于乙的质量
D.若甲和乙的质量相等,则甲对容器底部的压强小于乙对容器底部的压强
10.有一个长方体木块,放在如图28所示容器中.现缓慢持续地往容器中注水,一段时间后,木块浮起并上升到一定高度时停止注水.下列说法正确的是 ( )
图28
A.停止注水时木块上表面受到的压强等于木块下表面受到的压强
B.木块缓慢上升过程中,水对容器底部的压强不变
C.木块缓慢上升过程中,木块所受的浮力不变
D.木块缓慢上升过程中,木块所受的浮力逐渐增大
11.将一未装满饮料的密闭饮料杯,先正立放置在水平桌面上,如图29甲所示饮料杯对水平桌面压强是p1,饮料对杯底的压力是F1,再将饮料杯倒立放置,如图乙所示(图中没有画出饮料液面的位置),饮料杯对水平桌面的压强是p2,饮料对杯底的压力是F2,则p1 p2,F1 F2(选填“>”、“<”或“=”).
图29
12.如图30所示,薄壁容器的底面积为S,重为G1,内装有密度为ρ、重为G2的某种液体,深度为h,容器放置在水平桌面上静止,那么容器底部受到的液体压强为 ,容器对桌面产生的压强为 .
图30
13.如图31所示,用微小压强计探究液体内部压强的特点(ρ盐水>ρ水)
图31
(1)实验中,将液体内部的压强大小转换为用U型管两侧液面的 来表示.
(2)为了使实验现象更明显,U形管中的液体最好用 (选填“有色”或“无色”).
(3)将探头放在图2所示液体内部的A、B位置,观察到U型管两侧液面的高度差hB>hA,经过多次实验观察到同样的现象,这说明同种液体內部的压强随 的增加而增大.
(4)将探头放在图2中所示液体内部等深的B、C位置,观察到U型管两侧液面的高度差hC hB(选填“<”、“=”或“>”),这是为了研究液体压强与液体 关系.
(5)由以上实验可知图2所示液体内部A、B、C、D四个位置压强最大的是位置 .
能力进阶
14.如图32所示,水平桌面上放置甲、乙两个圆筒形容器,甲容器中盛有液体A,物块M漂浮在A中,排开液体的质量为m1,液体A对甲容器底部的压强为p1;乙容器中盛有液体B,物块N漂浮在B中,排开液体的质量为m2,液体B对乙容器底部的压强为p2.已知甲容器的底面积大于乙容器的底面积,容器中液体A、B质量相等,物块M、N质量相等.下列判断正确的是 ( )
图32
A. p1<p2,m1<m2 B.p1<p2,m1=m2 C.p1>p2,m1>m2 D.p1>p2,m1=m2
15.(双选)三个完全相同的圆柱形容器,内装质量相等的水.将体积相同、材料不同的正方体物体a、b、c分别放入三个容器的水中,静止后如图33所示(无水溢出).对下列各物理量关系判断正确的有 ( )
图33
A.三个物体密度:ρa>ρb>ρc B.三个物体底部受到水的压力:Fa<Fb<Fc
C.三个容器底部受到水的压强:pa<pb<pc D.三个容器对水平桌面的压强:p'a=p'b=p'c
16.(双选)质量为1kg的空水桶,底面积为700cm2.桶内装有30cm深的水,放在水平地面上,如图34甲所示,水对水桶底地压强比水桶对地面得压强小1000Pa.当小明用竖直向上的力F提水桶时,如图34乙所示,水桶对地面的压强为1800Pa.则下列选项正确的是(g取10N/kg) ( )
A.水桶内水的质量为28kg B.水桶内水的质量为27kg
C.F的大小为154N D.F的大小为126N
图34 图35
17.(双选)如图35所示,一个边长为10cm的正方体竖直悬浮在某液体中,上表面受到液体的压力F1为5N,下表面受到液体的压力F2为13N.下列说法错误的是 ( )
A.正方体受到的浮力为8N B.液体的密度为0.8×103kg/m3
C.正方体上表面到液面的距离h=5cm D.液体对物体下表面的压强为1.3×103Pa
18.在0.5kg平底空水桶内,装入15 kg的水并放在水平地面上,如图甲所示,水桶对地面的压强为3100Pa,小刚用细线拴着体积为4×10-3m3、密度为3×103 kg/m3的金属球,当手提细线使金属球浸没在桶内的水中时,水面升高了5 cm,如图乙所示.则下列说法正确的是 ( )
图36
A.水对桶底的压强增加了800Pa B.水对桶底的压强为500Pa
C.水桶对地面的压强是5500Pa D.水桶对地面的压强增加了800Pa
19.小明用刻度尺、两端开口的玻璃管、橡皮膜和水等器材测盐水的密度,操作步骤如下:
①将玻璃管的一端扎上橡皮膜并倒入水,出现图37甲所示的现象,说明水对 有压强.
②用刻度尺测出玻璃管中水柱的高度为h1(如上右图37甲所示).
③将玻璃管缓慢插入装有盐水的烧杯中,直到橡皮膜表面与水平面相平,测出管底到盐水液面的高度为h2(如图37乙所示).
(1)用小明测得的物理量推导出盐水密度的表达式为ρ盐水= (水的密度用ρ水表示);
(2)分析实验过程,小明测得的盐水密度值比真实值偏 ,这主要是操作中的第 步造成的.
图37 图38
20.如图38所示,完全相同的圆柱形容器中,装有不同的两种液体甲、乙,在两容器中同一高度处分别有A、B两点,若两种液体的质量相等,则A、B两点的压强关系是pA pB;若两点的压强相等,则两种液体对容器底的压强关系是p甲 p乙(两空选填“大于”“等于”或“小于”).
21.如图39所示,a、b、c、d为某液体内部的四个点,它们刚好位于竖直平面内一长方形的四个顶点,液体在a、b、d三点的压强以及长方形的边长已在图中标注,则c点的液体压强沿 (填“竖直”或“各个”)方向,大小为 kPa;该液体密度为 kg/m3,a点的深度为 m.(g取10N/kg)
图39
22.如图40所示,柱形容器A和均匀圆柱体B置于水平地面上,A中盛有体积为6×10-3 m3的水,B受到的重力为250 N,B的底面积为5×10-2 m2.
(1)求A中水的质量m水.
(2)求B对水平地面的压强pB.
(3)现沿水平方向在圆柱体B上截去了一定的厚度后,B剩余部分的高度与容器A中水的深度之比hB′∶h水为 2∶3,且B剩余部分对水平地面的压强等于水对容器A底部的压强,求B的密度ρB.
图40
巅峰挑战
23.把一个密度均匀的圆柱体甲和装有适量的某液体的圆柱形容器乙平放在水平桌面上,如图41所示,它们的底面积之比S甲∶S乙=3∶4,对桌面的压强之比p甲∶p乙=4∶1.若在圆柱体甲上沿水平方向截取一段高为8cm的物体,并平稳放入容器乙中,施加一个外力使物体刚好浸没在深度为h乙的液体中(物体不与容器乙接触,液体无溢出),此时甲对桌面的压强p′甲=p甲,乙对桌面的压强p′乙=2p乙且p′甲=p′乙.则此时圆柱体甲对桌面的压强p′甲为 Pa,物体浸没在液体后,容器乙中液体的深度h′乙是 m.(ρ甲=1.2×103kg/m3,容器乙的壁厚和质量均忽略不计,g取10N/kg)
图41
24.如42图所示,A、B是两个完全相同的薄壁柱形金属容器,质量为0.5kg,底面积为0.01m2,容器高50cm,分别装有2×10-3m3的水和3.0×10-3m3的酒精(ρ酒精=0.8×103kg/m3).求:是否有可能存在某一深度h,两个容器中的液体在同时增大或减少同一深度h后,使容器中的液体对底部的压强达到p水>p酒,若有可能请算出h的范围,若没有可能,说明理由.
图42