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液体内部的压强(第二课时)
1.测量液体内部压强的工具:压强计
原理:当金属盒上的橡皮膜受到压强时,U形管两边的液面出现高度差;压强越大,液面的高度差也越大。
2.液体内部压强的规律
(1)液体对容器底和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强。
(2)在同一深度处液体向各个方向的压强大小相等。
(3)液体的压强随深度的增加而增大。
(4)不同液体同一深度处,密度大的液体产生的压强大。
3.上端开口、下部相连通的容器叫连通器。当连通器的水不流动时,各液面在同一水平面上。
典例精析
例1、如图所示,密封的圆台容器里装满水,若把该容器倒置后,水对容器底的压强 ,水对容器底的压力 。(选填“变大”或“变小”或“不变”)
变式1、如图所示是一个装有水的容器放置在水平桌面上,下列关于液体压强的说法中正确的是( )
A.a点所受的压强是100Pa
B.b点所受的压强是0
C.a点所受的压强与容器底部所受的压强之比是1:4
D.b点所受的压强与容器底部所受的压强之比是4:5
例2、(2023春 越秀区校级期中)固定斜面上的固定U型容器里装有适量水,U型容器直径足够粗,水面静止,此时水面位置正确的是( )
ABCD
变式2、(2023春 青羊区校级期中)如图是一种嵌于厨房或卫生间地面的地漏及其结构示意图。下列有关说法中不正确的是( )
A.存水杯装满水时,存水杯是连通器
B.当存水杯装满水时,地面上的水被扣碗挡住不能流进下水道
C.扣碗的作用是隔离垃圾进入下水管和下水道“异味”进入室内
D.若地面有足够的水进入存水杯,则当水不再流动时,水面能达到的最高高度是位置2
实战演练
1.如图是用来研究液体内部压强的仪器。当探头的薄膜浸入水中一定深度时,下列做法能使压强计U形管两边的液面高度差减小的是( )
A.将压强计的探头向下移动一段距离
B.将压强计的探头在原处转动90°
C.将压强计的探头向上移动一段距离
D.将压强计的探头改放在同样深度的盐水中
2.如图所示,薄壁圆柱形容器A、B放在水平面上(SA>SB),其中分别盛有质量为m甲、m乙的两种等高液体,它们对容器底部的压强为p甲、p乙。现在两容器中分别倒入体积相同的原有液体后(容器足够高),此时它们对容器底部的压强相等,倒入液体质量分别为Δm甲、Δm乙,液体压强变化量分别为Δp甲、Δp乙。则下列判断正确的是( )
A.m甲>m乙,p甲<p乙 B.m甲<m乙,p甲>p乙
C.Δm甲>Δm乙,Δp甲<Δp乙 D.Δm甲<Δm乙,Δp甲>Δp乙
3.如图所示,下列应用实例没有利用连通器原理的是( )
A.U形管压强计 B.船闸 C.茶壶 D.下水道弯管
4.某实验小组用如图所示的实验装置来测量液体的密度。将一个带有阀门的三通U形管倒置在两个装有液体的容器中,用抽气机对U形管向外抽气,再关闭阀门K。已知左边液体的密度为ρ1,左右两边液柱高度分别为h1、h2,则下列说法正确的是( )
A.右边液体的密度ρ2=ρ1
B.右边液体的密度ρ2=ρ1
C.实验中必须将U形管内抽成真空
D.若将U形管倾斜,左右两边液柱高度差不会改变
5.为防治新型冠状病毒的传播,社区进行了全面消毒,如图所示是工作人员身背喷雾器消毒的情景。喷雾器工作利用的原理是( )www-2-1-cnjy-com
A.液体在流速大的地方压强小
B.帕斯卡定律
C.大气压原理
D.阿基米德定律
6.如图所示,烧杯和水的总质量是600g,烧杯与水平桌面的接触面积是100cm2,将一个质量是600g、体积是300cm3的实心长方体A用细线吊着,然后将其体积的一半浸入烧杯内的水中。下列选项不正确的是( )(烧杯厚度忽略不计,杯内水没有溢出,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)【版权所有:21教育】
A.烧杯对水平桌面的压力是12N
B.水对烧杯底的压强增大了150Pa
C.烧杯对水平桌面的压强是750Pa
D.细线对A的拉力是4.5N
7.如图所示,在烧杯内装有某种液体,A为两端开口的玻璃管,B为轻质塑料片。B在液面下的深度为15cm。向A管内缓缓注入水。当塑料片恰好脱落时,A管内水柱高12cm,则烧杯内的液体的密度是 g/cm3。
8.长江三峡水利枢纽,是当今世界上最大的水利枢纽工程。工程师把三峡水电站水库大坝设计成上窄下宽的形状,是因为水的深度越深、压强越 (选填“大”或“小”)。如图,这是三峡双线五级船闸,规模举世无双,它是运用了物理学中的 原理建造而成。
9.在新冠肺炎疫情高风险区,要对一些手接触的地方进行消毒。如图为某种喷洒酒精的薄壁喷雾器,它的底面积100cm2,空的喷雾器重为2N,内装酒精的深度为20cm,体积为1500mL,则酒精对容器底的压力为 N,喷雾器对水平支持面的压力为 N。【ρ酒精=0.8×103kg/m3,g=10N/kg】
我校八年级同学参加了“保护生态环境”研学活动,参观了青铜峡水电枢纽工程,如图1所示,大坝设计为“下宽上窄”。兴趣小组讨论认为这跟液体的压强有关,且液体压强大小与液体的深度有关。于是设计实验“探究液体压强大小与什么因素有关”,实验器材:压强计(U形管所装液体是水)、刻度尺、烧杯、适量水和盐水。
(1)同学们实验时发现无论怎么按压压强计金属盒的橡皮膜,U形管中的液面高度都没变化,说明压强计 (选填“漏气”或“不漏气”);www.21-cn-jy.com
(2)重新调试安装好压强计,进行了如图2所示的实验操作。分析比较图2乙、丙、丁三次实验现象可知,同一液体、同一深度,各个方向的液体压强 ;分析比较图2
两次实验现象可知,同一液体,液体的深度越大,液体压强 ;分析比较图2丁、戊两次实验现象可知,同一深度,液体的 越大,液体压强越大。
11.如图甲所示,一个实心正方体A放在水平面上。如图乙所示,一个圆柱形轻质薄壁容器置于水平桌面上,容器足够高,容器内放有一个实心长方体B,底面积SB=200cm2,hB=10cm,B底部的中心通过一段细杆(杆重、体积和形变均不计)与容器底部相连。现向容器内缓慢注水,直到水深为33cm时停止注水,在注水过程中,细杆对物体的力F随水深度h的变化关系如图丙所示。21·世纪*教育网
求:
(1)水深为33cm时,水对容器底的压强;
(2)B重力;
(3)把A放在B的正上方,水面上升2cm后恰好与A的上表面相平,如图丁所示,此时杆对物体B的力为F0,则放入A后容器对水平桌面的压强增量。
12.如图所示,铁桶重20N,桶的底面积为200cm2,往桶里倒入80N的水,水的深度25cm,平放在面积为1m2的水平台面上,求:21世纪教育网版权所有
(1)水对桶底的压强。
(2)桶底受到水的压力。
(3)台面受到桶的压强。
13.小明用一根粗细均匀两端开口的薄壁玻璃管、薄橡皮膜、刻度尺、烧杯和水(已知ρ水=1.0×103kg/m3)来测量某种液体的密度。实验过程如下:【来源:21·世纪·教育·网】
①将玻璃管的一端用薄膜扎好。
②将玻璃管扎有薄膜的一端逐渐放入装有水的烧杯中。
③往玻璃管内缓慢地加入待测液体直到薄膜变平为止(如图所示);测出薄膜到水面和液面的距离分别为h1和h2。
④计算待测液体的密度ρ液。
回答下列问题:
(1)小明将玻璃管扎有薄膜的一端放入水中,薄膜向上凸起,说明 ;玻璃管浸入水中越深,薄膜向上凸起程度 。(选填“越大”、“越小”或“不变”)
(2)画出小明收集实验数据的表格。
(3)待测液体的密度ρ液= kg/m3。
(4)已知玻璃管的横截面积为5cm2、质量为20g,厚度忽略不计。当薄膜变平后,小明松开手,玻璃管将 (选填“向上”或“向下”)运动;玻璃管静止后,薄膜到水面的距离 cm。(g取10N/kg)
14.如图所示,图为我国某主战坦克,该坦克具有潜渡能力(浸没在水中沿河床从水下通过),全重为50t,高3m,体积为20m3。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)若该坦克在深为5m的河流中潜渡,坦克顶部受到水的压强为多少Pa?
(2)该坦克在深为5m的河流中潜渡时,坦克对河床的压力为多少N?
(3)小明认为履带上内表面凹凸不平的轮齿起增大压强的作用,你认为他的看法对吗?请说出你的理由。
15.如图甲所示,水平桌面上有一高为3h的圆柱形容器,现将一圆柱形金属块(重G、高2h、底面积S)置于圆柱形容器底部。水的密度用ρ0表示。
(1)计算甲图中金属块对容器底部的压强。
(2)若向甲图中容器内加水,在图乙中画出从开始加水至容器装满水的过程中金属块对容器底部压力F随容器中液面高度H变化的图像(写出计算过程并在图乙中标注相应的数据)。
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液体内部的压强(第二课时)
1.测量液体内部压强的工具:压强计
原理:当金属盒上的橡皮膜受到压强时,U形管两边的液面出现高度差;压强越大,液面的高度差也越大。
2.液体内部压强的规律
(1)液体对容器底和侧壁都有压强,液体内部向各个方向都有压强。
(2)在同一深度处液体向各个方向的压强大小相等。
(3)液体的压强随深度的增加而增大。
(4)不同液体同一深度处,密度大的液体产生的压强大。
3.上端开口、下部相连通的容器叫连通器。当连通器的水不流动时,各液面在同一水平面上。
典例精析
例1、如图所示,密封的圆台容器里装满水,若把该容器倒置后,水对容器底的压强 ,水对容器底的压力 。(选填“变大”或“变小”或“不变”)
【答案】不变;变小
【解答】解:密封的容器装满水,将其倒置后,水的深度不变,由p=ρ液gh可知,水对底部的压强不变;
倒置后水对底部的受力面积变小,由p=的变形式F=pS可知,底部受到水的压力变小。
故答案为:不变;变小。
变式1、如图所示是一个装有水的容器放置在水平桌面上,下列关于液体压强的说法中正确的是( )
A.a点所受的压强是100Pa
B.b点所受的压强是0
C.a点所受的压强与容器底部所受的压强之比是1:4
D.b点所受的压强与容器底部所受的压强之比是4:5
【答案】D
【解答】解:
a点的深度为ha=2cm=0.02m;b点的深度为hb=10cm﹣2cm=8cm=0.08m;容器内水的深度为h=10cm=0.1m;21教育网
A、a点所受的压强是pa=ρgha=1000kg/m3×10N/kg×0.02m=200Pa;故A错误,
B、b点所受的压强是pb=ρghb=1000kg/m3×10N/kg×0.08m=800Pa;故B错误,
C、容器底部所受的压强p=ρgh=1000kg/m3×10N/kg×0.1m=1000Pa;
所以a点所受的压强与容器底部所受的压强之比==,故C错误;
D、b点所受的压强与容器底部所受的压强之比==,故D正确。
故选:D。
例2、(2023春 越秀区校级期中)固定斜面上的固定U型容器里装有适量水,U型容器直径足够粗,水面静止,此时水面位置正确的是( )
ABCD
【答案】C
【解答】解:固定斜面上的固定U型容器里装有适量水,水面静止,该装置相当于是一个连通器,容器中的液面是相平的,故C正确。
故选:C。
变式2、(2023春 青羊区校级期中)如图是一种嵌于厨房或卫生间地面的地漏及其结构示意图。下列有关说法中不正确的是( )
A.存水杯装满水时,存水杯是连通器
B.当存水杯装满水时,地面上的水被扣碗挡住不能流进下水道
C.扣碗的作用是隔离垃圾进入下水管和下水道“异味”进入室内
D.若地面有足够的水进入存水杯,则当水不再流动时,水面能达到的最高高度是位置2
【答案】B
【解答】解:A、根据地漏的结构图可知,存水杯上端开口,底部连通,属于连通器;故A正确;
BC、由连通器原理可知,扣碗的作用是:当存水杯装满水时,地面上的水可以流进下水管,隔离垃圾进入下水管和下水道“异味”进入室内;故B错误,C正确;
D、根据地漏的结构图可知,左右两个容器连通,上端开口,当水不再流动时,水面保持相平,所以水面能到达的最高高度是位置2的高度,故D正确。21cnjy.com
故选:B。
实战演练
1.如图是用来研究液体内部压强的仪器。当探头的薄膜浸入水中一定深度时,下列做法能使压强计U形管两边的液面高度差减小的是( )
A.将压强计的探头向下移动一段距离
B.将压强计的探头在原处转动90°
C.将压强计的探头向上移动一段距离
D.将压强计的探头改放在同样深度的盐水中
【答案】C
【解答】解:A、将压强计的探头向下移动一段距离,使深度增加,在密度不变的情况下,压强会增大,故A不符合题意;
B、液体内部在同一深度不同方向的压强是相等的,将压强计的探头在原处转动90°不会影响压强的大小,故B不符合题意;
C、将压强计的探头向上移动一段距离使深度变浅,在密度不变的情况下,可达到减小压强的目的,故C符合题意;
D、将压强计的探头改放在同样深度的盐水中,在深度不变的情况下,液体的密度增大,压强会增大,故D不符合题意。
故选:C。
2.如图所示,薄壁圆柱形容器A、B放在水平面上(SA>SB),其中分别盛有质量为m甲、m乙的两种等高液体,它们对容器底部的压强为p甲、p乙。现在两容器中分别倒入体积相同的原有液体后(容器足够高),此时它们对容器底部的压强相等,倒入液体质量分别为Δm甲、Δm乙,液体压强变化量分别为Δp甲、Δp乙。则下列判断正确的是( )
A.m甲>m乙,p甲<p乙 B.m甲<m乙,p甲>p乙
C.Δm甲>Δm乙,Δp甲<Δp乙 D.Δm甲<Δm乙,Δp甲>Δp乙
【答案】C
【解答】解:AB、原来液体的高度相同,加入体积相同的原有液体后,由于SA>SB,所以甲液体的深度小于乙液体的深度,此时它们对容器底部的压强相等,根据p=ρgh知ρ甲>ρ乙,所以原来液体对容器底的压强p甲>p乙,由于SA>SB,原来液体的体积V甲>V乙,由m=ρV知甲、乙容器中原来液体的质量m甲>m乙,故AB错误;
CD、由于ρ甲>ρ乙,倒入液体的体积相同,由m=ρV知倒入液体质量Δm甲>Δm乙,由于加上原有液体后它们对容器底部的压强相等且原来液体对容器底的压强p甲>p乙,所以压强的变化量Δp甲<Δp乙,故C正确,D错误。21·cn·jy·com
故选:C。
3.如图所示,下列应用实例没有利用连通器原理的是( )
A.U形管压强计 B.船闸 C.茶壶 D.下水道弯管
【答案】A
【解答】解:A.U形管压强计的两端,有一端是密闭的,不符合两端开口、底部相连通的特点,没有利用连通器,故A符合题意;
B.船闸的上游阀门打开时,上游和闸室构成连通器,下游阀门打开时,下游和闸室构成连通器,是利用连通器原理进行工作的,故B不符合题意;
C.茶壶的壶嘴和壶身就构成了一个连通器,水不流动时,液面保持在同一水平面上,利用了连通器,故C不符合题意;
D.下水道弯管符合上端开口、下部连通的特点,属于连通器,故D不符合题意。
故选:A。
4.某实验小组用如图所示的实验装置来测量液体的密度。将一个带有阀门的三通U形管倒置在两个装有液体的容器中,用抽气机对U形管向外抽气,再关闭阀门K。已知左边液体的密度为ρ1,左右两边液柱高度分别为h1、h2,则下列说法正确的是( )
A.右边液体的密度ρ2=ρ1
B.右边液体的密度ρ2=ρ1
C.实验中必须将U形管内抽成真空
D.若将U形管倾斜,左右两边液柱高度差不会改变
【答案】A
【解答】解:用抽气机对U形管向外抽气后关闭阀门K,管内气体压强(p气)小于管外大气压(p0),
在大气压作用下液体进入两管中,待液体静止两管中压强平衡:
p气+p液1=p0=p气+p液2,即ρ1gh1=ρ2gh2,
AB.由ρ1gh1=ρ2gh2可得,ρ2=ρ1,故A正确,B错误;
C.只要管内压强小于管外大气压,就会有液体进入两管中,没必要将U形管内抽成真空,故C错误;
D.若将U形管倾斜,液柱高度减小,所以会有液体进入两管中,U形管中空气体积减小,管内气体压强增大,所以两管中液体的深度减小,由于h1<h2,ρ1>ρ2,而减小相同的压强,由p=ρgh可知Δh2>Δh1,所以两管中液体高度差会减小,故D错误。
故选:A。
5.为防治新型冠状病毒的传播,社区进行了全面消毒,如图所示是工作人员身背喷雾器消毒的情景。喷雾器工作利用的原理是( )www-2-1-cnjy-com
A.液体在流速大的地方压强小
B.帕斯卡定律
C.大气压原理
D.阿基米德定律
【答案】A
【解答】解:当喷雾器工作时,空气从细管B的右端快速喷出,导致细管A上方空气的流速突然增大,气压突然减小,细管A内液面上方气压小于细管A外液面上方的气压,液体就沿细管A的管口流出,同时受到气流的冲击,形成雾状向右喷出,如图所示。
故选:A。
6.如图所示,烧杯和水的总质量是600g,烧杯与水平桌面的接触面积是100cm2,将一个质量是600g、体积是300cm3的实心长方体A用细线吊着,然后将其体积的一半浸入烧杯内的水中。下列选项不正确的是( )(烧杯厚度忽略不计,杯内水没有溢出,ρ水=1.0×103kg/m3,g取10N/kg)【版权所有:21教育】
A.烧杯对水平桌面的压力是12N
B.水对烧杯底的压强增大了150Pa
C.烧杯对水平桌面的压强是750Pa
D.细线对A的拉力是4.5N
【答案】A
【解答】解:(1)实心长方体A的一半体积浸入烧杯内的水中时排开水的体积V排=V=×300cm3=150cm3=1.5×10﹣4m3,21*cnjy*com
长方体A受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×1.5×10﹣4m3=1.5N,
长方体A的重力GA=mAg=600×10﹣3kg×10N/kg=6N,
则细线对物体A的拉力F拉=GA﹣F浮=6N﹣1.5N=4.5N,故D正确;
(2)烧杯内水面上升的高度Δh===0.015m,
水对烧杯底的压强增大量:Δp=ρ水gΔh=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.015m=150Pa,故B正确;
(3)烧杯和水的总重力:G总=m总g=600×10﹣3kg×10N/kg=6N,
因长方体A受到的浮力和长方体A对水的压力是一对相互作用力,所以,长方体A对水的压力:F压=F浮=1.5N,
烧杯对水平桌面的压力:F=G总+F压=6N+1.5N=7.5N,故A错误;
烧杯对水平桌面的压强:p===750Pa,故C正确。
故选:A。
7.如图所示,在烧杯内装有某种液体,A为两端开口的玻璃管,B为轻质塑料片。B在液面下的深度为15cm。向A管内缓缓注入水。当塑料片恰好脱落时,A管内水柱高12cm,则烧杯内的液体的密度是 g/cm3。
【解答】解:因玻璃管内外压强相等时,塑料片B恰好脱落,
所以,由p=ρgh可得:ρ水gh水=ρ液gh液,
则烧杯内的液体的密度:
ρ液=ρ水=×1.0×103kg/m3=0.8×103kg/m3=0.8g/cm3。
故答案为:0.8。
8.长江三峡水利枢纽,是当今世界上最大的水利枢纽工程。工程师把三峡水电站水库大坝设计成上窄下宽的形状,是因为水的深度越深、压强越 (选填“大”或“小”)。如图,这是三峡双线五级船闸,规模举世无双,它是运用了物理学中的 原理建造而成。
【答案】大;连通器。
【解答】解:(1)由p=ρgh可知:在液体密度一定的条件下,液体的压强随深度的增加而增大,所以拦河大坝修成“上窄下宽”的形状。
(2)船闸的上游阀门打开时,上游和闸室构成连通器,下游阀门打开时,下游和闸室构成连通器。故三峡双线五级船闸利用了物理学上的连通器原理。
故答案为:大;连通器。
9.在新冠肺炎疫情高风险区,要对一些手接触的地方进行消毒。如图为某种喷洒酒精的薄壁喷雾器,它的底面积100cm2,空的喷雾器重为2N,内装酒精的深度为20cm,体积为1500mL,则酒精对容器底的压力为 N,喷雾器对水平支持面的压力为 N。【ρ酒精=0.8×103kg/m3,g=10N/kg】
【答案】16;14
【解答】解:(1)酒精对容器底部的压强:
p=ρgh=0.8×103kg/m3×10N/kg×0.2m=1600Pa;
根据p=可得酒精对容器底的压力:
F=pS=1600Pa×100×10﹣4m2=16N。
(2)根据ρ=可得,酒精的质量:
m酒精=ρ酒精V酒精=0.8×103kg/m3×1500×10﹣6m3=1.2kg,
则酒精的重力G酒精=m酒精g=1.2kg×10N/kg=12N,
喷雾器对水平支持面的压力:
F′=G=G酒精+G器=12N+2N=14N。
我校八年级同学参加了“保护生态环境”研学活动,参观了青铜峡水电枢纽工程,如图1所示,大坝设计为“下宽上窄”。兴趣小组讨论认为这跟液体的压强有关,且液体压强大小与液体的深度有关。于是设计实验“探究液体压强大小与什么因素有关”,实验器材:压强计(U形管所装液体是水)、刻度尺、烧杯、适量水和盐水。
(1)同学们实验时发现无论怎么按压压强计金属盒的橡皮膜,U形管中的液面高度都没变化,说明压强计 (选填“漏气”或“不漏气”);www.21-cn-jy.com
(2)重新调试安装好压强计,进行了如图2所示的实验操作。分析比较图2乙、丙、丁三次实验现象可知,同一液体、同一深度,各个方向的液体压强 ;分析比较图2
两次实验现象可知,同一液体,液体的深度越大,液体压强 ;分析比较图2丁、戊两次实验现象可知,同一深度,液体的 越大,液体压强越大。
【答案】(1)漏气;(2)相等;甲、乙;越大;密度。
【解答】解:(1)同学们实验时发现无论怎么按压压强计金属盒的橡皮膜,U形管中的液面高度都没变化,说明压强计漏气;2·1·c·n·j·y
(2)分析比较图2乙、丙、丁三次实验现象可知,同一液体、同一深度,因U形管中的液面高度相等,故各个方向的液体压强相等;21教育名师原创作品
研究液体压强与深度的关系,要控制液体的密度相同,分析比较图2甲、乙两次实验现象可知,同一液体,液体的深度越大,液体压强越大;
分析比较图2丁、戊两次实验现象可知,同一深度,盐水的密度大,根据转换法,盐水产生的压强大,故同一深度,液体的密度越大,液体压强越大。
故答案为:(1)漏气;(2)相等;甲、乙;越大;密度。
11.如图甲所示,一个实心正方体A放在水平面上。如图乙所示,一个圆柱形轻质薄壁容器置于水平桌面上,容器足够高,容器内放有一个实心长方体B,底面积SB=200cm2,hB=10cm,B底部的中心通过一段细杆(杆重、体积和形变均不计)与容器底部相连。现向容器内缓慢注水,直到水深为33cm时停止注水,在注水过程中,细杆对物体的力F随水深度h的变化关系如图丙所示。21·世纪*教育网
求:
(1)水深为33cm时,水对容器底的压强;
(2)B重力;
(3)把A放在B的正上方,水面上升2cm后恰好与A的上表面相平,如图丁所示,此时杆对物体B的力为F0,则放入A后容器对水平桌面的压强增量。
【答案】(1)水深为33cm时,水对容器底的压强为3.3×103Pa;
(2)B重力为15N;
(3)放入A后容器对水平桌面的压强增量为450Pa。
【解答】解:(1)水深为33cm时,水对容器底的压强为:
p水=ρ水gh2=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.33m=3.3×103Pa;
(2)由图乙可知,当h0=0时,细杆对物体的力为F0,由二力平衡条件可得,物体B的重力GB=F0,
当h1=25cm时,杆的拉力为F0,此时物体B恰好浸没在水中,则排开水的体积:
V排B=VB=SBhB=200×10﹣4m2×0.1m=2×10﹣3m3,
此时物体B受到的浮力:F浮B=ρ水gV排B=1.0×103kg/m3×10N/kg×2×10﹣3m3=20N,
物体B受到竖直向上的浮力和竖直向下的重力、杆的拉力作用处于平衡状态,
由物体B受到的合力为零可得:F浮B=GB+F0=GB+GB=GB,
则物体B的重力:GB=F浮B=×20N=15N;
(3)把一个实心正方体A放在B的正上方,水面上升Δh=2cm后恰好与A的上表面相平,
则物体A的高度:hA=h2+Δh﹣h1=33cm+2cm﹣25cm=10cm=0.1m,
此时A受到浮力为:F浮A=ρ水gVA排=ρ水gVA=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1m)3=10N,
而此时杆对物体的力可能表现拉力和支持力两种情况,
当对物体的力表现为拉力时,即F拉=F0,
又因为A、B受到的总浮力等于杆的拉力与A和B总重力之和,
则F浮A+F浮B=GA+GB+F拉=GA+GB+F0=GA+GB+GB=GA+GB,
所以,GA=F浮A+F浮B﹣GB=10N+20N﹣×15N=7.5N<F浮A,
则此时A要漂浮,杆对B的力不变,故杆对物体的力不可能表现为拉力;
当对物体的力表现为支持力时,即F支=F0,
又因为A、B受到的总浮力等于杆的支持力与A和B总重力之和,
则F浮A+F浮B=GA+GB﹣F支=GA+GB﹣F0=GA+GB,
所以,GA=22.5N,
则放入A后容器对水平桌面的压力增量为:ΔF=GA=22.5N,
因水的体积不变,设容器的底面积为S,
所以,S(h2﹣h1)=(S﹣SA)hA,即S×(33cm﹣25cm)=[S﹣(10cm)2]×10cm,
解得:S=500cm2=0.05m2,
图丙中容器对地面的压强:Δp===450Pa。
答:(1)水深为33cm时,水对容器底的压强为3.3×103Pa;
(2)B重力为15N;
(3)放入A后容器对水平桌面的压强增量为450Pa。
12.如图所示,铁桶重20N,桶的底面积为200cm2,往桶里倒入80N的水,水的深度25cm,平放在面积为1m2的水平台面上,求:21世纪教育网版权所有
(1)水对桶底的压强。
(2)桶底受到水的压力。
(3)台面受到桶的压强。
【答案】(1)水对桶底的压强为2.5×103Pa;
(2)桶底受到水的压力为50N;
(3)台面受到桶的压强为5×103Pa。
【解答】解:(1)水对桶底的压强为:
p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×25×10﹣2m=2.5×103Pa;
(2)由p=可知,桶底受到水的压力为:
F水=ps=2.5×103Pa×200×10﹣4m2=50N;
(3)桶对台面的压力:F=G总=G桶+G水=20N+80N=100N,
则台面受到桶的压强为:
p′===5×103Pa。
答:(1)水对桶底的压强为2.5×103Pa;
(2)桶底受到水的压力为50N;
(3)台面受到桶的压强为5×103Pa。
13.小明用一根粗细均匀两端开口的薄壁玻璃管、薄橡皮膜、刻度尺、烧杯和水(已知ρ水=1.0×103kg/m3)来测量某种液体的密度。实验过程如下:【来源:21·世纪·教育·网】
①将玻璃管的一端用薄膜扎好。
②将玻璃管扎有薄膜的一端逐渐放入装有水的烧杯中。
③往玻璃管内缓慢地加入待测液体直到薄膜变平为止(如图所示);测出薄膜到水面和液面的距离分别为h1和h2。
④计算待测液体的密度ρ液。
回答下列问题:
(1)小明将玻璃管扎有薄膜的一端放入水中,薄膜向上凸起,说明 ;玻璃管浸入水中越深,薄膜向上凸起程度 。(选填“越大”、“越小”或“不变”)
(2)画出小明收集实验数据的表格。
(3)待测液体的密度ρ液= kg/m3。
(4)已知玻璃管的横截面积为5cm2、质量为20g,厚度忽略不计。当薄膜变平后,小明松开手,玻璃管将 (选填“向上”或“向下”)运动;玻璃管静止后,薄膜到水面的距离 cm。(g取10N/kg)
【解答】解:(1)将一端扎有橡皮薄膜的玻璃管浸入水中,橡皮膜向上凸进,说明水内部有向上的压强;
若增大玻璃管浸入水中的深度,橡皮膜受到水的压强变大,因此向上凸起的程度将变大;
(2)由题意知,往玻璃管内缓慢地加入待测液体直到薄膜变平时,玻璃管内外压强相等,故欲求待测液体的密度ρ液,需要测出薄膜到水面的距离h1和薄膜到液面的距离h2.故设计实验表格如下:
实验序号 薄膜到水面的距离h1/cm 薄膜到液面的距离h2/cm 薄膜凸起程度 液体密度g/cm3
1
2
3
(3)由薄膜变平可知,玻璃管内外压强相等,由图可知,h1=6cm=0.06m,h2=5cm=0.05m,【来源:21cnj*y.co*m】
则ρ液gh2=ρ水gh1,
解得ρ液===1.2×103kg/m3,
(4)玻璃管内液体的体积:
V液=V容=Sh2=5cm2×5cm=25cm3=2.5×10﹣5m3,
玻璃管的重力:G管=m管g=0.02kg×10N/kg=0.2N,
液体的重力:G液=m液g=ρ液V液g=1.2×103kg/m3×2.5×10﹣5m3×10N/kg=0.3N,
玻璃管与液体的总重力G总=G管+G液=0.2N+0.3N=0.5N;
此时,此时玻璃管排开水的体积:
V排1=5cm2×6cm=30cm3=3×10﹣5m3,
玻璃管受到的浮力:
F浮1=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×3×10﹣5m3=0.3N<G总,
所以,玻璃管将向下运动。
由题意得,玻璃管静止后,F浮2=G总=0.5N;
即ρ水gV排2=0.5N,
解得V排2=0.5×10﹣4m3=50cm3,
则薄膜到水面的距离h===10cm。
故答案为:(1)液体内部有向上的压强;越大;(2)见解答中表格;(3)1.2×103;(4)向下;10。【出处:21教育名师】
14.如图所示,图为我国某主战坦克,该坦克具有潜渡能力(浸没在水中沿河床从水下通过),全重为50t,高3m,体积为20m3。(g取10N/kg,ρ水=1.0×103kg/m3)
(1)若该坦克在深为5m的河流中潜渡,坦克顶部受到水的压强为多少Pa?
(2)该坦克在深为5m的河流中潜渡时,坦克对河床的压力为多少N?
(3)小明认为履带上内表面凹凸不平的轮齿起增大压强的作用,你认为他的看法对吗?请说出你的理由。
【答案】(1)若该坦克在深为5m的河流中潜渡,坦克顶部受到水的压强为2×104Pa;
(2)该坦克在深为5m的河流中潜渡时,坦克对河床的压力为3×105N;
(3)他的看法不正确,因为履带上凹凸不平的轮齿是在压力一定时,增大接触面的粗糙程度,从而增大了摩擦。21*cnjy*com
【解答】解:
(1)坦克顶部所在水中的深度:h=5m﹣3m=2m,坦克顶部受到水的压强:p=ρgh=1.0×103kg/m3×10N/kg×2m=2×104Pa;2-1-c-n-j-y
(2)潜渡时坦克排开水的体积V=20m3,受到的浮力F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×20m3=2×105N;
坦克对河床的压力F=G﹣F浮=mg﹣F浮=50×103kg×10N/kg﹣2×105N=3×105N;
(3)他的看法不正确,因为履带上凹凸不平的轮齿是在压力一定时,增大接触面的粗糙程度,从而增大了摩擦。
答:(1)若该坦克在深为5m的河流中潜渡,坦克顶部受到水的压强为2×104Pa;
(2)该坦克在深为5m的河流中潜渡时,坦克对河床的压力为3×105N;
(3)他的看法不正确,因为履带上凹凸不平的轮齿是在压力一定时,增大接触面的粗糙程度,从而增大了摩擦。
15.如图甲所示,水平桌面上有一高为3h的圆柱形容器,现将一圆柱形金属块(重G、高2h、底面积S)置于圆柱形容器底部。水的密度用ρ0表示。
(1)计算甲图中金属块对容器底部的压强。
(2)若向甲图中容器内加水,在图乙中画出从开始加水至容器装满水的过程中金属块对容器底部压力F随容器中液面高度H变化的图像(写出计算过程并在图乙中标注相应的数据)。
【答案】(1)甲图中金属块对容器底部的压强为;
(2)计算过程见解答,图像见解答。
【解答】解:(1)金属块对水平桌面的压力:F压=G,
金属块对容器底部的压强:p==;
(2)金属块的密度大于水的密度,由物体的浮沉条件可知,加水的过程中,金属块一直沉底;
①未加水时,金属块对容器底部的压力:F1=G;
②若向甲图中容器内加水,在水面从0升高到2h的过程中,排开水的体积变大,
金属块排开水体积V排=SH,
此过程中,金属块受到的浮力:F浮1=ρ水gV排=ρ0gSH,
则金属块受到的浮力逐渐变大,且与H成正比,
这个过程中金属块对容器底部的压力:F2=G﹣F浮1=G﹣ρ0gSH,
由数学知识可知,F2为关于H的一次减函数;
③金属块刚好浸没时,金属块排开水体积V排2=V金属块=S金属块h金属块=S×2h,
此时金属块受到的浮力:F浮2=ρ水gV排2=ρ0gV排2=ρ0g×2Sh=2ρ0gSh,
由力的平衡可知,金属块对容器底部的压力:F3=G﹣F浮2=G﹣2ρ0gSh,
④加水从2h至容器装满水的过程中,金属块受到的浮力不变,金属块对容器底部的压力大小不变,
从开始加水至容器装满水的过程中金属块对容器底部压力F随容器中液面高度H变化的图像如图所示:
。
答:(1)甲图中金属块对容器底部的压强为;
(2)计算过程见解答,图像见解答。
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