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第八章
压 强
1、压力(F/N)
(1)定义:
物理学中,把垂直压在物体表面的力
(2)产生条件:
只有相互接触且又发生挤压的物体之间
(3)方向:
与受力物体的表面(可是水平面、竖直 面或斜面)即支撑面垂直且指向被压物体
(4)作用点:在被压物体的接触面上
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(5)大小
压力并不都是由重力产生的,因此压力的大小并不一定与重力大小相等,有时候甚至无关。
F=G总=m总g (水平面上)
F=pS
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2、探究影响压力作用效果的因素
(1)实验原理:
物体受到压力发生的形变量越大,压力的作用越明显
(2)实验方法
A、控制变量法:分别控制压力和受力面积两个变量
B、转换法:用海绵的凹陷程度来反映压力的作用效果
C、甲乙比较结论:受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越明显
甲丙比较结论:压力相同时,受力面积越小,压力的作用效果越明显
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3、压强
(1)定义:物体所受压力的大小与受力面积之比
(2)公式:
(普遍适用于任何压强的情况;)
(受力面积是指两个物体相互接触的那部分面积,而并不一定是受压物体的表面积)
(3)单位:Pa;1 Pa=1N/m2
(4)物理意义:压强是表示压力作用效果的物理量
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4、增大或减小压强
(1)增大压强的方法
A、增大压力
B、减小受力面积
(2)减小压强的方法
A、减小压力
B、增大受力面积
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1.在国际单位制中,压强的单位是以下哪位科学家的名字命名的( )
A.牛顿 B.帕斯卡
C.托里拆利 D.伽利略
B
2.关于压强的概念,下列哪种说法是正确的
( )
A.压强就是压力
B.压强只和压力有关
C.压强只和受力面积有关
D.压强和压力及受力面积都有关
D
根据压强公式p=F/S可知压强和压力及受力面积都有关.
压强表示压力的作用效果
同步练习
3.滑雪运动员脚下套有两块滑雪板,如图所示,这是为了( )
B
A.增大受力面积,减小对雪层的压力
B.增大受力面积,减小对雪层的压强
C.增大受力面积,同时减小压力和压强
D.增大受力面积,同时增大压力和压强
p↓=F/S↑
同步练习
4.在日常生产生活中,有时需要增大压强,有时需要减小压强,在如图所示的事例中,属于减小压强的是( )
D
p↓=F/S↑
同步练习
5、下列图中所示的实例,属于减小压强的是( )
C
p↓=F/S↑
同步练习
6、下列事例中,为了减小压强的是( )
A.书包要用宽的背带
B. 在鞋底做上凹凸不平的花纹
C.菜刀要经常磨一磨
D. 拦河坝修成上窄下宽的形状
A
p↓=F/S↑
p↑=ρgh↑
同步练习
7、滑雪板长1.5m、宽12cm,滑雪者与滑雪板总重为720N,当滑雪者站立在水平雪地上时,滑雪板对雪地的压强为________Pa
2000
解:
F=G=720N
S=2×1.5m×0.12m=0.36m2
p=F/S=720N/0.36m2=2×103Pa
同步练习
8.探究“压力作用效果”的实验如甲、乙、丙所示.
(1)甲、乙、丙实验中,根据____________来比较压力的作用效果.
(2)通过甲、乙实验能够得到的结论是______________________________________
(3)由实验乙、丙可知:“压力的作用效果与受力面积大小”的关系,请举出生活中应用此知识的一个实例 _________________.
(4)将该小桌和砝码放在如图丁所示的木板上,比较图丙中海绵受到的压强p丙和图丁中木板受到的压强p丁的大小关系为p丙______p丁(选填“>”“<“或“=”)
(5)实验中将质量分布均匀
的物体沿竖直方向切成大小
不同的两块,将左边部分移
开后,发现海绵的凹陷程度不变,由此得出压力的作用效果与受力面积无关,你认为此探究过程中存在的问题是:_______________________________
海绵的凹陷程度
受力面积一定时,压力越大,压力的作用效果越明显
书包带做得扁而宽
图钉帽的面积比图钉尖大得多
=
没有控制压力不变
同步练习
9、一块长为L,质量分布均匀的木板A放在水平桌面上,板A右端与桌边相齐(如图所示).在板的右端施一水平力F使板A右端缓慢地离开桌边,在板A移动过程中,下列说法正确的是( )
A.A对桌面的压强不变
B.A对桌面的压力不变
C.A对桌面的压力不断变小
D.A对桌面的压强不断变小
B
压力不变:F=G,受力面积减小,压强增大
p↑=F/S↓
同步练习
10、如图所示,图钉尖的面积是10-7m2,图钉帽的面积是10-4m2,墙壁表面能承受的最大压强是4×106Pa.下列说法正确的是( )
A.手指必须用大于0.4N的压力,图钉尖才能进入墙壁
B.手指必须用大于400N的压力,图钉尖才能进入墙壁
C.图钉静止时,手对钉帽的压力大于墙对钉尖的支持力
D.图钉静止时,手对钉帽的压力小于墙对钉尖的支持力
A
p=F/S→F=pS
=4×106Pa×10-7m2
=0.4N
固体传递压力不变
手指所受压强p'=F/S'=0.4N/10-4m2=1×103Pa
同步练习
11、停在水平地面上的汽车质量为2400kg,汽车所受重力为 ________N.轮胎与地面接触面积共为0.12m2 , 汽车对地面压强为 _______________Pa.(g=10N/kg)
2.4 × 104
2 × 105
同步练习
12、如图所示,物体静止在斜面上,请画出物体所受到的重力G、摩擦力f和物体对斜面的压力F的示意图。
同步练习
5、液体压强的特点
(1)产生原因:由于液体受到重力作用,并且具有流动性,因此,液体对容器底部、侧壁和内部都有压强
(2)压强计:
A、构造:U形管、橡皮管、探头
(空金属盒蒙上薄橡皮膜构成)三部分组成
C、原理:液面的高度差的大小反映了薄橡皮膜所受压强的大小
(1)组装完成,液面相平,
若不平拆了重装
(2)手按压,应该出现高度差,
没有说明有漏气。
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(3)比较液体压强和固体压强
液体压强 固体压强
产生 重力、流动性 压力(弹力)
部位 容器底部和侧壁及内部 压力面
方向 各个方向 压力方向
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(4)液体压强的特点
A、液体内部向各个方向都有压强
B、在同种液体内部的同一深度,各个方向的压强大小相等
C、同种液体内部的压强随深度的增大而增大
D、液体的压强还与液体的密度有关,在同一深度,液体的密度越大,压强也越大
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6、液体压强的计算
(1)公式: p =ρgh
(2)液体内部的压强只与液体的密度和深度有关.
(放置在水平地面的柱状固体压力F=G,V=Sh,所以p=F/S=G/S=mg/S=ρVg/S=ρShg/S= ρgh,因此对于放置在水平地面的柱状固体,计算压强时除了用公式p=F/S外,还可用p=ρgh ,其中ρ 为密度,h为高度)
p=ρgh 还适用于圆柱体、正方体、长方体等上下一样粗且与底面垂直的密度均匀的固体
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7、连通器
(1)定义:上端开口、下部相连通的容器
(2)当连通器里只有一种液体且静止不流动时,各容器中的液面总是保持相平
(3)实例:船闸,锅炉水位计,茶壶,乳牛自动喂水器等
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15、密闭液体传递压强
(1)加在密闭液体上的压强,能够大小不变的被液体向各个方向传递。这个规律叫做帕斯卡定律,是法国科学家帕斯卡发现的。
(2) p1=p2即:
面积多少倍,压力多少倍
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13、下列设备或仪器中,利用帕斯卡定律为工作原理的是( )
A、船闸
B、液压机
C、密度计
D、水银气压计
B
同步练习
注:对压强计算,应先明确题目所求的是固体还是液体的压强。
(1)对固体,一般先求压力,若水平放置F=G,再由p=F/S求压强
(2)对液体,一般先用p=ρgh 求压强,再用F=pS求压力
13、如图所示的平底容器,其质量为0.2kg,底面积为3×10-3m2,内装有1kg的水,测得容器中水的深度为20cm,若将该容器放在面积为1.5m2的水平桌中央,则容器对桌面的压强为________ Pa,水对容器底部的压强为____________ Pa,水对容器底部的压力为_______N(g取10N/kg)
4 × 103
2 × 103
6
G=mg=1.2Kg×10N/Kg=12N
F=G=12N
p=F/S=12N/3×10-3m2=4 × 103Pa
p' =ρgh=1×103Kg/m3×10N/kg×0.2m=2 × 103Pa
p=F/S→F'=p's=2 × 103Pa×3×10-3m2=6N
同步练习
14、如图所示,一质地均匀的圆柱形平底玻璃杯,置于水平桌面中央,杯内水中漂浮着一冰块,关于冰熔化前后比较,下列说法正确的是( )
A.玻璃杯对桌面的压强增加
B.容器内液体的密度减小
C.玻璃杯中液面的高度升高
D.液体对容器底部的压强不变
D
根据阿基米德原理:F浮=G排(即排开水的重力);由于冰块漂浮,
根据二力平衡知识,有F浮=G冰。故G冰=G排;质量是物质的一
种属性,冰熔化成水,质量不变。所以G冰=G水,即G水=G排,
m水=m排,V水=V排,故冰块熔化前后,水面高度h不变。
同步练习
15、小雨用图甲所示的装置探究液体内部压强的实验:
(1)实验前,先检查压强计探头、胶管和U型管的连接是否________,再经过调整使U型管两侧液面的高度________
(2)在液体内部同一深度,改变探头方向,压强计____(选填“能”或“不能”)测各个方向的压强;
(3)U形管两侧液面高度差________(选填“等于”或“反映”)探头受到的压强大小;
(4)小雨自制了一个简易压强计,如图乙所示,把简易压强计浸入水中,橡皮膜将________(选填“上凹”或“下凸”),增加简易压强计在水中的深度,细玻璃管中液体会________
(选填“上升”或“下降”).
漏气
相平
能
反映
上凹
上升
橡皮膜受到的压强越大,橡皮膜向上凹的越多,里面空气的体积越小;
里面空气的压强越大,支撑的液柱越高,故细玻璃管中的液柱会上升。
同步练习
16、如图,甲、乙、丙三个质量和底面积均相同的容器,若容器中都装入等量的水(水不溢出),三个容器底部受到水的压强( )
A、甲最大
B、乙最大
C、丙最大
D、一样大
A
(1)装入等量的水,依据形状,可得出h甲>h乙>h丙
(2)容器底部受到水的压强为液体压强,
应用公式p甲↑=ρgh甲↑
同步练习
17、质量为100g底面积为20cm2的薄壁容器中盛有500g水,将容器放置在水平地面上,如图所示,容器内水深h为20cm,则水对容器底部的压强为_______Pa,容器底部所受水的压力为______N,容器底部对地面的压强为____________Pa,
(ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)
2×103
3×103
水的质量是500g,重力G=mg=5N
容器底部所受压力F=pS=2000pa 20 10-4m2=4N
口大底小的容器F4
p =ρgh=1×103Kg/m3×10N/kg×0.2m=2 × 103Pa
p=F/S→F=ps=2 × 103Pa×2×10-3m2=4N
G=mg=0.6Kg×10N/Kg=6N F'=G=6N
p'=F'/S=6N/2×10-3m2=3 × 103Pa
同步练习
18、如图甲所示,密闭的容器中装有一定量的水,静止在水平桌面上,容器内水面到容器底的距离为6cm,则水对容器底的压强为_______Pa;若把该容器倒放在该桌面上,如图乙所示,那么容器对水平桌面的压强将_______(填“变大”、“变小”或“不变”)。
600
变大
p =ρgh=1×103Kg/m3×10N/kg×0.06m=6 × 102Pa
F=G p↑ =F/S↓
同步练习
19、如图所示是一辆不慎驶入水中汽车的车门。随着水位升高,车门上A处受到水的压强将________。若车门在水下部分的面积为0.8m2,受到水的平均压强为5×103Pa,此时车门所受水的压力为_________ N,相当于______ kg水压在车门上(g=l0N/kg ),因此,建议汽车不慎驶入水中时,应立即设法从车内逃离,避免生命危险。
增大
4000
400
p↑ =ρgh↑
p=FS
→F=pS=5×103Pa×0.8m2
=4000N
G=F=4000N
G=mg
→m=G/g
=4000N/10NKg=400Kg
同步练习
20、如图所示,A、B、C三个容器中分别装有盐水、清水和酒精,三个容器中液面相平,容器底部受到液体的压强分别为pA、pB、pC,则( )
A.pA>pB>pC
B.pA<pB<pC
C.pA=pB=pC
D.无法确定
由图知,三容器内液体深度:hA=hB=hC,
∵p=ρgh,ρ盐水>ρ清水>ρ酒精,
∴pA>pB>pC,故选A.
A
p =ρgh
同步练习
21、小雨同学用如图的装置探究液体内部压强的特点.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.容器中加入液体后,橡皮膜两侧压强不同时,其形状会发生改变.下列图形符合实验事实的是( )
D
p =ρgh
同步练习
32.如图所示,液体压强使坝底的水喷射而出,那么决定坝底水的压强大小的是( )
A.坝的宽度
B.水的体积
C.水的深度
D.坝的高度
C
p =ρgh
同步练习
8、大气压强的存在
(1)大气压强产生的原因:空气像液体一样受到重力作用,且具有流动性,因此,大气内部向各个方向都有压强
(2)定义:大气对浸在它里面的物体产生的压强叫大气压强,简称大气压
(3)证明大气压强存在的著名实验:马德堡半球实验(设计者:奥托·冯·格里克)
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9、大气压强的测量
(1)测量工具:测量大气压的仪器叫气压计。常用的有水银气压计和金属盒气压计
(2)托里拆利实验
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(3)实验中,管内、外水银面的高度差与管的粗细及管是否倾斜无关。
只与当时的大气压值有关,所以把管倾斜、向上提、向下压、变粗或变细,管内、外水银面的高度差都不变;
但是管内进入空气时,管内、外水银面的高度差将变小,测量的大气压值偏小。
p0=ρ汞gh↓+p气
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(4)大气压强的单位
A、帕斯卡(Pa);常用单位还有厘米水银柱(cmHg)、毫米水银柱(mmHg)、和标准大气压等
B、标准大气压:通常把等于760mm高的水银柱所所产生的压强的大气压叫标准大气压po.一标准大气=760mmHg=1.013 × 105Pa
C、po =ρ汞gh
=13.6 × 103Kg/m3 × 9.8N/Kg ×0.76m =1.013 × 105Pa
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(5)大气压强的影响因素
高度越高,大气压越低。
利用这个近似的规律可以测量某地的海拔(高度计)
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10、大气压强与沸点
一切液体的沸点随着大气压强的减小而降低,随着大气压强的增大而升高。
(高压锅就是利用这个规律来提高液体的沸点的)
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11、大气压强的应用(打破平衡)
小到吸管、吸盘、吊瓶输液,大到活塞式抽水机都是大气压强的应用。
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33、如图为玻璃厂搬运平板玻璃时使用的真空吸盘起重机的示意图.起重机上有若干个相同的 真空吸盘,下列关于真空吸盘起重机的说法,不正确的是( )
A.吸盘起重机在使用时必须排尽吸盘内的空气
B.当玻璃板静止在空中时,其所受重力等于吸盘对它的压力
C.若要吊起更重的玻璃板,则应增加吸盘个数
D.吸盘起重机不可以搬运表面粗糙的木板
B
G=f
漏气
增加摩擦力(向上的摩擦力是若干个吸盘的摩擦力的合力)
同步练习
34、下列工具、物品或设施中,使用时利用了大气压强的是( )
A.天平 B.塑料吸盘 C.船闸 D.密度计
B
天平:等臂杠杆;船闸:连通器
密度计:物体的漂浮条件(浮力等于重力)
同步练习
35、小雨同学用实验测量某地大气压的值。她在长约1米,一端封闭的玻璃管里灌满水银,用手指将管口堵住,然后倒插在水银槽中,放开手指,管内水银面下降到一定高度时就不再下降,如图所示。
(1)已知水银的密度为13.6×103kg/m3,她通过数据计算得出大气压的值为______________________Pa。
(2)如果我们将此装置拿到海平面去测量,则测量结果将_____________她测量的值。(选填“大于”或“小于”)
(3)陈老师也利用此装置测量小雨同学所
在地大气压的值,他把水银换成水,将玻璃
管灌满水后倒插在水槽内时,发现管中的水
柱不会下降。如果你来测量,且能够测出,
则玻璃管长度_________________________。
(选填 “必须大于10m”或“可以小于10m”)
9.3296×104
大于
必须大于10m
p=ρgh→h=p/ρg
=1.013×105Pa/1.0×103Kg/m3×9.8N/kg=10.3m
同步练习
36、如图所示为一个装满水盖上硬纸片后倒置的杯子,请在纸片下表面O点处画出纸片受到大气压力F的示意图.
同步练习
12、流体压强与流速的关系
(1)流体的定义:具有流动性的液体和气体的统称
(2)在气体和液体中,
流速越大的位置,压强越小;
流速越小的位置,压强越大。
(3)因为在液体和气体的流动过程中,流速越大的位置压强越小,小于其他部分的压强,从而产生压强差,使物体向压强较小的部分运动或有运动趋势。
知识梳理
13、日常生活中许多现象可以用流体压强与流速的关系解释
(1)在火车站或地铁站的站台上,离站台边缘1m左右的地方有一条安全线,人必须在安全线外候车。
因为当列车驶过时空气流速较大,列车附近压强减小从而使安全线内压强小于线外压强,大气压力会把人推向列车,发生危险。
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(2)当居室前后窗子都打开时,“过堂风”有时会把居室侧面摆放的柜门吹开,这因为“过堂风”吹过时,柜外的空气流速快,压强小,此时柜内气压大于柜外气压,使柜门被推开。
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14、飞机的升力
飞机的机翼上表面空气流速大,下表面空气流速小,由于流速大的地方压强小,流速小的地方压强大,所以飞机机翼下表面受到的向上的压强大于上表面受到的向下的压强,于是产生了一个向上的力——升力
知识梳理
37、“和谐号”动车停靠在成都东站的情景如图所示.为避免人被“吸”向列车而发生事故,站台上设有距列车一定距离的安全线.这是因为列车进站时车体附近( )
A.气流流速大,压强小
B.气流流速大,压强大
C.气流流速小,压强大
D.气流流速小,压强小
A
在气体和液体中,
流速越大的位置,压强越小;
流速越小的位置,压强越大。
同步练习
38、如图所示,是我国自主研发的C919商用大飞机,它将于数年后投入运营。C919客机中的部分钛合金零件采用了激光3D打印技术。关于客机的相关物理知识,下列说法不正确的是 ( )
A.客机所在高空的大气压强,比海平面附近的大气压强更大
B.客机采用密度小的材料,可以减轻它的重力
C.客机升空利用了“空气流速大的地方压强小”的原理
D.客机在空中沿直线匀速飞行,是受平衡力作用
A
离地面越高的地方,大气层越薄,大气压强越小
同步练习
39.如图所示,用手握着两张纸,让纸自由下垂,在两张纸的中间向下吹气,这两张纸会向_____________运动(选填“中间”或“两边”),这个现象说明,气体流动时,流速_______________的地方压强小.
中间
越快
同步练习
40、如图,行驶中的汽车,车窗紧闭,当打开天窗时,天窗外空气流速_______车内空气的流速,天窗外空气的压强__________车内空气的压强(选填“>”“=”“<”)所以车内空气被“抽”到车外.
>
<
同步练习
41、小雨同学在倒立的漏斗里放一个乒乓球,用手指托住乒乓球(如图所示).然后从漏斗尖嘴处向上用力吸气,并将手指移开,看到的现象是__________________,原因是__________________________陈老师看到小雨的实验后说,朝漏斗尖嘴处向下持续用力吹气也能达到类似的实验效果,原因是__________________________________
乒乓球不会掉下来
外部压强大于漏斗内部压强
气体流速越大的位置压强越小
同步练习